- Фізичні особливості низькотемпературної сушіння
- Вимоги до вентиляційної установки при низькотемпературних режимах сушки деревини
В останні роки в зв'язку з бурхливим зростанням деревообробної промисловості в Україні різко зросли вимоги до якості висушеної деревини. Адже від цього безпосередньо залежить конкурентоспроможність виробників виробів з деревини на внутрішньому і зовнішньому ринках. У зв'язку з цим багато деревообробні підприємства переходять на низькотемпературні режими сушіння. Ці режими забезпечують бездефектну сушку пиломатеріалів зі збереженням фізико-механічних властивостей деревини.
Фізичні особливості низькотемпературної сушіння
До низькотемпературним відносяться режими сушіння, при яких температура сушильної камери по "сухому" термометру Тс знаходиться в межах 30 ... 60 ° С. При цих режимах не змінюється колір деревини, не виплавляється смола на поверхні дощок, не випадають і не видавлюються сучки, немає тріщин. З іншого боку, в порівнянні з нормальними і високотемпературними режимами низькотемпературна сушка більш тривала в часі, що збільшує собівартість продукції. Для аналізу факторів, що впливають на тривалість сушіння, розглянемо класичну криву сушіння деревини.
У початковий період на ділянці АВ відбувається прогрів деревини, під час якого волога з неї не убуває. Аналіз кривої сушки зазвичай починають з точки В, коли температура поверхні деревини приблизно дорівнює температурі "мокрого" термометра tм і залишається незмінною до точки С. На ділянці ВС, який є прямою лінією, швидкість сушіння постійна. Цей етап називається першим або етапом постійної швидкості сушіння. У цей період з деревини видаляється вільна волога, тобто волога, що заповнює внутрішні порожнини клітин деревини і міжклітинні простору. Вологість на першому етапі падає від початкового значення WН до так званого критичного Wкр, що відповідає точці С на графіку. Після точки С температура поверхні деревини починає підвищуватися, а швидкість сушіння зменшується і при досягненні деревиною рівноважної вологості WР (в точці D) швидкість сушіння буде дорівнює нулю. Другий етап називається також періодом зменшується швидкості сушіння. На цьому етапі з деревини видаляється пов'язана волога, що просочує стінки клітин деревини. Тангенс кута нахилу дотичної в будь-якій точці кривої сушки визначає швидкість сушіння в цій точці:
(1)
При рівноважної вологості WР кут s = 0 і швидкість сушіння дорівнює нулю. Найбільша швидкість сушіння буде на першому етапі постійної швидкості сушки:
(2)
Чим більше нерівномірність вологості по перерізу пиломатеріалу, тим більше значення Wкр. Із зростанням температури сушки WKP наближається до WН. І навпаки, при зниженні температури сушіння (лінія АВС1D1 на графіку) WKP наближається до вологості точки насичення волокна WТН, яка характерна тим, що в деревині немає вільної вологи, але знаходиться максимально можливу кількість зв'язаної вологи. При 20 ° С WТН = 30% для всіх порід деревини. Таким чином перехід до низькотемпературного режиму сушіння призводить до зростання часу першого етапу по відношенню до тривалості всього процесу сушіння. На першому етапі процесу вологість поверхні деревини близька до точки насичення волокна.
Вільна волога з внутрішніх шарів деревини надходить до поверхні в достатній кількості, щоб підтримати її вологість на зазначеному рівні. Випаровування вологи з поверхні сирої деревини відбувається так само, як і з вільною водної поверхні. Тому кількість рідини m, що випаровується з 1 кв.м поверхні за 1 с може бути підраховано за формулою Дальтона:
m = C. (PН - PП) (3)
де PН - тиск насиченої водяної пари при температурі випаровування рідини; PП - парціальний тиск водяної пари в навколишньому повітрі; С - коефіцієнт поверхневого випаровування.
Залежність коефіцієнта випаровування від швидкості повітря v виражається лінійним рівнянням:
С = a + bV, (4)
де a і b - константи.
З формул (3) і (4) випливає, що на першому етапі сушіння швидкість випаровування залежить від перепаду парціальних тисків пара на кордоні "деревина-повітря", а також від швидкості обдування деревини повітряним потоком. Перехід до низькотемпературних режимів сушіння деревини призводить до істотного зниження Жp, що значно зменшує швидкість випаровування з поверхні пиломатеріалів. Наприклад, перехід від нормального режиму сушіння соснових дощок товщиною 50 мм (tC = 69 ° C, t м = 65 ° C) до низькотемпературного (tC = 52 ° C, t м = 48 ° C) призводить до двократного зниження Dp (з 6000 Па до 3000 Па) і, відповідно, до такого ж (за інших рівних умов) зниження швидкості випаровування вологи на першому етапі сушіння. Відповідно, з огляду на питому зростання часу першого етапу сушки при низькотемпературному режимі, значно зростає загальна тривалість сушіння. З формул (3) і (4) випливає, що для компенсації негативного впливу зниження Dp при переході на низькотемпературний режим необхідно збільшити швидкість повітряного потоку через штабель деревини. Крім прискорення сушки зростання швидкості обдування дозволяє уникнути появи цвілі на деревині при низькій температурі і високій відносній вологості повітря.
Вимоги до вентиляційної установки при низькотемпературних режимах сушки деревини
Для якісної низькотемпературної сушіння хвойних пиломатеріалів швидкість повітря в штабелі повинна бути не менше 3-3,5 м / с. Вентиляторна установка сушильної камери повинна забезпечувати подачу необхідного обсягу повітря, рівномірний розподіл його по штабелю, мінімальний гідравлічний опір руху повітря. Для переміщення повітря в камерах застосовуються відцентрові або осьові вентилятори низького (до 1000 Па) тиску.
Застосування відцентрових вентиляторів доцільно при великих опорах циркуляційного контуру за рахунок використання пластинчастих калориферів, збільшеної ширини штабеля пиломатеріалів і т.д. Особливістю відцентрових вентиляторів є здатність змінювати на 90 ° напрямок потоку від входу до виходу. Це конструктивно досить просто дозволяє виносити електродвигун із зони з підвищеною температурою і вологістю. Однак при використанні відцентрових вентиляторів для рівномірного обдування штабеля необхідно застосовувати складну систему розподільних повітропроводів, що ускладнює і робить більш дорогою конструкцію камери, а також створює додаткове гідравлічне опір повітряному потоку. Внаслідок цього знижується швидкість повітря в штабелі, яка є, як було показано вище, визначальним параметром ефективності низькотемпературної сушіння.
В лісосушильних камерах, що використовують низькотемпературні режими сушіння деревини, рекомендується застосовувати осьові вентилятори. Вони дають велику кількість повітря при відносно малих напору, не змінюючи напрямок потоку. Для рівномірного обдування штабеля осьові вентилятори зазвичай розташовуються у верхній частині по довжині камери. У порівнянні з відцентровими осьові вентилятори економічніші: при однакових витратах повітря для приводу осьового вентилятора потрібно двигун меншої потужності в порівнянні з відцентровим, якщо опір циркуляційного контуру менше напору осьового вентилятора. Однак при експлуатації осьових вентиляторів в сушильних камерах виникає проблема безаварійної роботи приводних електродвигунів в умовах підвищеної температури і вологості. На практиці існує кілька способів вирішення даного завдання.
1. Використання вентиляторів на подовжених валах з виносом двигуна за межі камери.
В цьому випадку двигун знаходиться в звичайних температурно вологісних умовах і не вимагає додаткового захисту. У той же час різко зростають вимоги до балансування колеса і підшипників. Конструкція вентилятора з подовженим валом вимагає великої точності при виготовленні, що значно здорожує виріб.
2. Використання для приводу вентиляторів спеціальних імпортних електродвигунів в тропічному виконанні та розміщення їх всередині камери.
Єдиним недоліком такого рішення є ціна двигунів, на порядок перевищує вартість вітчизняних аналогів. Розміщення всередині камери двигунів вітчизняного виробництва не рекомендується, так як навіть тропічне їх виконання вимагає запасу по потужності, що збільшує споживання електроенергії і, найголовніше, не гарантує тривалої безпечної експлуатації.
3. Модернізація звичайних електродвигунів для умов роботи вентиляторів всередині сушильної камери.
Модернізація полягає в заміні підшипників електродвигунів на підшипники більш високого класу точності, заміну мастила підшипникових опор на мастило з більш високою температурою каплепаданія, повторне просочення обмоток статора. Подібні заходи можуть продовжити термін експлуатації електродвигунів при підвищеній температурі, проте вони недостатньо ефективні в умовах високої вологості повітря, яка в сушильній камері може досягати 100%.
Конструкція осьового вентилятора серії ОВС, істотно вирішила проблему захисту приводних електродвигунів вентиляторів лісосушильних камер, розроблена співробітниками кафедри атомних електричних станцій і інженерної теплофізики НТУУ "Київський політехнічний інститут". Конструкція вентилятора серії ОВС дозволяє використовувати в умовах підвищеної температури і вологості стандартні електродвигуни серії АІР71. Конструкція вентилятора забезпечує надійну ізоляцію електродвигуна від нагрітої і вологого середовища всередині камери, а також ефективне його охолодження зовнішнім повітрям. Для забезпечення необхідної для низькотемпературного режиму сушки швидкості повітря близько 3 м / c в штабелі деревини висотою 2,5 м і шириною до 3 м осьовими вентиляторами серії ОВС-6 з діаметром колеса ротора 6 дм і потужністю приводного двигуна 0,75 кВт необхідно, щоб на один метр довжини штабеля припадав один такий вентилятор з витратою повітря 8500-9000 куб.м / год. Вентилятори серії ОВС успішно експлуатуються більш ніж на 70 лісосушильних камерах в різних регіонах України.
Хмельов Ю. А., кандидат технічних наук,
старший науковий співробітник кафедри АЕС і ІТФ НТУУ "КПІ"
Фрідріхсон Ю. В., кандидат технічних наук,
старший науковий співробітник кафедри АЕС і ІТФ НТУУ "КПІ"
Терех А. М., кандидат технічних наук,
старший науковий співробітник кафедри АЕС і ІТФ НТУУ "КПІ"
джерело журнал ОВВК (ОПАЛЕННЯ. ВОДОПОСТАЧАННЯ. ВЕНТИЛЯЦІЯ кондиціювання.)
