Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Сушка древесины. Справочные материалы

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 791170.01.99
Приведены необходимые сведения по физическим основам гидротермической обработки древесины, классификация и характеристики способов сушки, области их применения. Включены схемы и конструкции современных лесосушильных камер. Даны рекомендации по организации сушки на предприятиях. Для студентов всех специальностей лесотехнического профиля.
Чемоданов, А. Н. Сушка древесины. Справочные материалы : учебное пособие / А. Н. Чемоданов, Е. М. Царев, С. Е. Анисимов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 220 с. - ISBN 978-5-9729-1032-8. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1902150 (дата обращения: 25.07.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
A. H. Чемоданов, Е. М. Царев, С. Е. Анисимов










                СУШКА ДРЕВЕСИНЫ





СПРАВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ




Рекомендовано научно-методическим советом УМО по образованию в области лесного дела в качестве учебного пособия по курсовому проектированию для студентов лесотехнических специальностей высших учебных заведений











Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022


�ДК 674.047
ББК 37.130.3
      4-42







Рецензенты:
зав. кафедрой технологии и оборудования лесопромышленного производства Уральского государственного лесотехнического университета доцент А. В. Мехренцев;
первый заместитель директора Департамента лесного и топливного комплекса РМЭ С. В. Павлов







      Чемоданов, А. Н.
4-42     Сушка древесины. Справочные материалы : учебное пособие / А. Н. 4емоданов,
      Е. М. Царев, С. Е. Анисимов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 220 с. : ил., табл.
          ISBN 978-5-9729-1032-8

          Приведены необходимые сведения по физическим основам гидротермической обработки древесины, классификация и характеристики способов сушки, области их применения. Включены схемы и конструкции современных лесосушильных камер. Даны рекомендации по организации сушки на предприятиях.
          Для студентов всех специальностей лесотехнического профиля.

                                                                       УДК 674.047
                                                                       ББК 37.130.3
















ISBN 978-5-9729-1032-8

               © 4емоданов А. Н., Царев Е. М., Анисимов С. Е., 2022
               © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                                       © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022


�ГЛАВЛЕНИЕ


ПРЕДИСЛОВИЕ...................................................5

ВВЕДЕНИЕ......................................................7

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ............................................8
  1.1. Способы сушки древесины...............................8
  1.2. Характеристика сушильных агентов при камерной сушке..13

2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ..............................28
  2.1. Химические свойства древесины........................28
  2.2. Физические свойства древесины........................30
  2.3. Механические свойства древесины......................37
  2.4. Пороки и дефекты древесины. Их влияние на эксплуатационные свойства древесины........................................45

3. ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ...............58

4. АТМОСФЕРНАЯ СУШКА........................................63

5. СОВРЕМЕННЫЕ ЛЕСОСУШИЛЬНЫЕ КАМЕРЫ.........................70
  5.1. Лесосушильные камеры непрерывного действия...........72
   5.1.1. Камеры непрерывного действия с продольным штабелированием..........................................75
   5.1.2. Камеры непрерывного действия с поперечным штабелированием..........................................78
  5.2. Лесосушильные камеры периодического действия.........86
   5.2.1. Камеры периодического действия с поперечно-вертикальной циркуляцией..............................................86
   5.2.2. Камеры периодического действия с поперечно-горизонтальной циркуляцией..............................................91
   5.2.3. Камеры периодического действия с использованием энергии СВЧ-полей................................................94
  5.3. Тепловое оборудование лесосушильных камер............97
   5.3.1. Калориферы........................................97
   5.3.2. Конденсатоотводчики...............................98
   5.3.3. Вентиляторы......................................110
   5.3.4. Системы управления процессом сушки...............115

6. ТЕХНОЛОГИЯ КАМЕРНОЙ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ.................99
  6.1. Правила укладки пиломатериалов в штабеля для сушки...99
  6.2. Выполнение процесса сушки..............................102


3


. ДЛИТЕЛЬНОСТЬ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СУШИЛЬНЫХ КАМЕР.........................128
  7.1. Длительность сушки....................................128
  7.2. Расчет производительности лесосушильных камер.........141
   7.2.1. Расчет производительности лесосушильных камер для материала заданной характеристики...................................141
   7.2.2. Расчет производительности лесосушильных камер в условном материале.................................................144
   7.2.3. Перевод производительности лесосушильных камер на материале заданной характеристики в производительность
   на условном материале.....................................147

8. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ ЛЕСОСУШИЛЬНОГО ЦЕХА....................150
  8.1. Основные принципы построения рациональных режимов.....150
  8.2. Хранение пиломатериалов..............................151
  8.3. Техника безопасности при работе лесосушильных цехов...153
8.3.1. Подъемно-транспортные работы..........................153
8.3.2. Формирование штабелей.................................154
8.3.3. Обслуживание сушильных камер..........................154
  8.4. Требования пожарной безопасности лесосушильных цехов..155
   8.4.1. Общие сведения.....................................155
   8.4.2. Содержание территории..............................156
   8.4.3. Необходимые мероприятия по обеспечению пожарной безопасности..............................................157

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................159

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.....................................160

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................162


�РЕДИСЛОВИЕ


   Технологические процессы, режимы и оборудование для сушки лесоматериалов, назначение контроля и автоматического регулирования процессов сушки, применяемые для этого приборы и аппаратура изложены в работах многих ученых, занимающихся проблемами сушки лесоматериалов в научно-исследовательских, проектно-конструкторских организациях, учебных вузах.
   В последнее время в области сушки древесины достигнуты определенные сдвиги: увеличиваются производственные мощности сушильного хозяйства за счет ввода в действие отечественных и импортных сушильных установок; снижаются энергоемкость и стоимость процесса сушки; повышается уровень механизации погрузочно-разгрузочных и транспортных работ при сушке лесоматериалов; наметились тенденции к повышению качества сушки. Между тем, в области сушки древесины имеются нерешенные вопросы: производственные мощности сушильного хозяйства в целом по стране не достигли требуемой величины; велика стоимость процесса сушки; в ряде случаев не удается достигнуть желаемого качества сушки.
   Предлагаемый справочник представляет собой обобщение накопленных отраслью сведений в области сушки лесоматериалов, их анализ, рекомендации по проведению камерной сушки и правила атмосферной сушки, условия хранения высушенной продукции.
   Наряду с анализом способов сушки древесины и их характеристикой, рассмотрены основные свойства древесины и взаимосвязь их с ее сушкой. Дана классификация современных лесосушильных камер, рассмотрены принципы их действия, содержание тепловых узлов, необходимые контрольно-измерительные приборы. Раскрыто содержание технологии камерной сушки лесоматериалов, дан расчет длительности сушки и производительности лесосушильных камер различных типов. Для практической деятельности большое значение имеют приведенные в справочнике положения по организации работы лесосушильных цехов, условия хранения лесоматериалов после сушки, требования по технике безопасности и пожарной безопасности лесосушильных цехов.
   Справочник составлен с учетом действующих в отрасли стандартов, в определенной степени систематизирует и восполняет информацию по сушке лесоматериалов на основе официальных справочных изданий, публикаций и методических материалов. Он предназначен для инженерно-технических работников лесопромышленных и деревообрабатывающих предприятий, а также студентов вузов лесотехнического профиля всех специальностей.

5


  Авторами книги являются преподаватели кафедры технологии и оборудования лесопромышленных производств Марийского государственного технического университета Чемоданов А. Н., Царев Е. М. и Анисимов С. Е.


�ВЕДЕНИЕ


   Древесина является важным и ценным производственным сырьем. В виде пиломатериалов, фанеры, плит и т.п. она используется во многих отраслях народного хозяйства и строительства. Существенным недостатком древесины в исходном состоянии является её повышенная влажность, которая ухудшает технические свойства древесины. Основными целями сушки древесины является:
     • повышение качества изделий из древесины на всех стадиях их обработки (строгание, фрезерование, сверление и т. п.);
     • длительность сроков хранения древесины в виде сырья и готовой продукции без снижения их качественных показателей.
   Процесс сушки древесины заключается в удалении из нее влаги путем испарения. Содержащаяся в древесине влага переходит в парообразное состояние и удаляется в окружающую среду. Различают два способа сушки древесины:
     • естественный, происходящий на открытом воздухе (атмосферная сушка);
     • искусственный, происходящий в специальных сушильных установках (камерная сушка).
   Сложность сушки древесины обусловлена одновременным протеканием ряда физических явлений, среди которых: перемещение тепла по материалу (теплопроводность) и поглощение тепла поверхностью материала (теплообмен), перемещение влаги по материалу (влагоперенос) и испарение влаги с поверхности материала (влагообмен). Важной для производственной деятельности является задача определения продолжительности сушки древесины до заданной влажности или определение конечной влажности при заданной продолжительности процесса сушки. Универсальное решение этой задачи невозможна вследствие ее большой сложности. Кроме того, процесс сушки лесоматериалов сопровождается неравномерным распределением влажности по их объему, что вызывает неравномерную усушку и служит причиной образования в древесине внутренних напряжений.
   В зависимости от породы, размеров и формы лесоматериалов, их технологического назначения устанавливаются необходимые значения влажности и внутренних напряжений, достижение которых обеспечивается условиями проведения процесса сушки, т. е. необходимым режимом сушки. Рациональный режим сушки должен предусматривать минимальную длительность процесса сушки при соблюдении высокого качества лесоматериалов, обеспечивая экономическую эффективность производственного процесса.

7


. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Способы сушки древесины

   Сушка пиломатериалов - одна из важнейших операций в технологическом процессе лесопиления и деревообработки. Сушка предохраняет древесину от поражения деревоокрашивающими и дереворазрушающими грибами в процессе её хранения и транспортирования, предупреждает размеро- и формоизменяемоть древесины при изготовлении и эксплуатации изделий из неё, улучшает качество отделки древесины, склеи-вания[9, 7, 11, 10, 13].
   В промышленности используются различные способы сушки древесины, различающиеся как применяемым оборудованием, так и особенностями передачи тепла высушиваемому материалу.
   Классификация видов и способов сушки обычно базируется на методах передачи тепла, по которым можно выделить конвективную, кондук-тивную, радиационную и электрическую сушку. Каждый вид сушки может также иметь несколько разновидностей в зависимости от типа сушильного агента и особенностей применяемого оборудования. Существуют также комбинированные способы сушки, в которых одновременно применяют различные виды передачи тепла (например, конвективнодиэлектрическая) или совмещаются другие признаки различных видов сушки.
   Конвективная газопаровая сушка называется камерной. Это основной промышленный способ сушки пиломатериалов, осуществляемый в лесосушильных камерах различных конструкций, куда пиломатериалы загружают штабелями. Сушка происходит в газообразной среде (воздухе, топочных газах, перегретом паре), которая путем конвекции передает теплоту древесине. Для нагревания и циркуляции сушильного агента камеры снабжают нагревательными и циркуляционными устройствами.
   При камерной сушке сроки просыхания пиломатериалов сравнительно небольшие (от десятков часов до нескольких суток), древесина просыхает до любой заданной конечной влажности при требуемом качестве, процесс сушки поддается надежному регулированию.
   Атмосферная сушка - второй по значению и распространению на лесопильных предприятиях способ промышленной сушки пиломатериалов, осуществляемый в штабелях, размещенных на специальной открытой территории (складах), омываемых атмосферным воздухом без подогрева. Преимущество атмосферной сушки - сравнительно низкая себестоимость. Недостатки: сезонность (зимой сушка практически прекраща

8


�тся); большая продолжительность; высокая конечная влажность. Атмосферную сушку применяют, главным образом, для сушки пиломатериалов на лесопильных предприятиях до транспортной влажности и на некоторых деревообрабатывающих предприятиях для подсушки и выравнивания начальной влажности пиломатериалов перед камерной сушкой.
   Сушка в жидкостях осуществляется в ваннах, наполненных гидрофобной жидкостью (петролатумом, маслом), нагретой до 105...120 °C. Интенсивная передача теплоты от жидкости к древесине позволяет сократить срок сушки по сравнению с камерной в 3.4 раза при прочих равных условиях.
   Этот способ применяют в технологии консервирования древесины для снижения её влажности перед пропиткой. Попытки применить сушку пиломатериалов в петролатуме на деревообрабатывающих предприятиях не дали положительных результатов из-за того, что пиломатериалы после такой сушки не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к древесине для мебели и столярно-строительных конструкций.
   Кондуктивная (контактная) сушка осуществляется передачей теплоты материалу посредством теплопроводности при контакте с нагретыми поверхностями. Её применяют в небольших объемах для сушки тонких древесных материалов - шпона, фанеры.
   Радиационная сушка происходит при передаче тепла материалу от нагретых тел. Эффективность радиационной сушки определяется плотностью потока инфракрасных лучей и их проницаемостью в твердых влажных телах. Интенсивность потока лучистой энергии ослабляется по мере углубления в материал. Древесина относится к малопроницаемым для инфракрасного излучения материалам (глубина проникновения 3.7 мм), поэтому для сушки пиломатериалов этот способ не применяют. Его можно использовать для сушки тонколистовых материалов (шпон, фанера), кроме того, этот способ широко применяют в технологии отделки изделий из древесины для сушки лакокрасочных покрытий.
   В качестве излучателей используют электроплиты, электронагревательные элементы, газовые (беспламенные) горелки, осветительные электролампы накаливания мощностью от 500 Вт и выше.
   Ротационная сушка основана на использовании центробежного эффекта, на основе которого свободная влага удаляется из древесины при вращении её на центрифугах. Механическое удаление свободной влаги достигается при величине центростремительного ускорения не менее 100.500g (g - ускорение свободного падения). Такие ускорения из-за трудности точной балансировки центрифуги со штабелем на практике пока не достигнуты, ведутся лишь опытные разработки соответствующих устройств. В известных промышленных ротационных сушилках центростремительное ускорение не превышает 12g. При этих условиях

9


�еханическое обезвоживание проявляется в небольшой степени. Однако интенсификация процесса сушки в диапазоне влажности выше предела гигроскопичности наблюдается. Хотя ротационные сушилки экономичны и обеспечивают высокое качество сушки, промышленного применения для сушки пиломатериалов ротационный способ пока не нашел.
   Вакуумная сушка - сушка при пониженном давлении в специальных герметичных камерах. Из-за сложности оборудования и невозможности получения низкой конечной влажности древесины вакуумная сушка самостоятельного значения не имеет. Применяют её в комбинации с другими методами сушки и как вспомогательную операцию при подготовке древесины к пропитке.
   Диэлектрическая сушка - сушка древесины в электромагнитном поле токов высокой частоты, в котором нагрев древесины происходит за счет диэлектрических потерь. Благодаря равномерному нагреву древесины по всему её объему, возникновению градиента температур и избыточного давления внутри её продолжительность диэлектрической сушки в десятки раз меньше конвективной. Из-за сложности оборудования, большого расхода электроэнергии и недостаточно высокого качества сушки собственно диэлектрическая сушка не находит широкого применения.
   Более эффективно применение комбинированных способов сушки, например, конвективно-диэлектрической и вакуумно-диэлектрической. Для массовой сушки применение этих способов неэкономично, но в отдельных случаях, особенно при сушке дорогих, ответственных пиломатериалов и заготовок из трудносохнущих пород древесины эти способы могут найти применение.
   Индукционная или электромагнитная сушка основана на передаче теплоты материалу от ферромагнитных элементов (сеток из стали), уложенных в штабеля между рядами досок. Штабель вместе с этими элементами находится в переменном электромагнитном поле промышленной частоты (50Гц), образованном соленоидом, смонтированном внутри сушильной камеры. Стальные элементы (сетки) нагреваются в электромагнитном поле, передавая теплоту древесине и воздуху. При этом происходит комбинированная передача теплоты материалу: кондуктивным путем от контакта нагретых сеток с древесиной и конвекцией от циркулирующего воздуха, нагреваемого также сетками.
   Хотя при этом способе и достигается некоторая интенсификация сушки, распространения он не получил из-за следующих основных недостатков: высокой себестоимости сушки по сравнению с обычной камерной; неудовлетворительного качества сушки (неравномерности просыхания материала, больших внутренних напряжений).
   Конденсационный способ относится к замкнутому циклу, т. е. сушильный агент совершает циркуляцию по камере без выброса в атмосферу и,

10


�оответственно, без подпитки свежим воздухом. Воздух, насыщенный влагой, отобранной из древесины, омывает холодную поверхность и охлаждается до температуры ниже точки росы. При этом часть влаги, содержащейся в воздухе, конденсируется, а выделенная теплота используется для подогрева сушильного агента. В качестве охладителя используется фреон.
   Теоретически конденсационный сушильный цикл с холодильником, играющим роль теплового насоса, характеризуется нулевым расходом тепла на испарение влаги. Затраты электроэнергии здесь идут на прогрев материала и теплопотери, а также на привод компрессора и вентилятора. Для компенсации теплопотерь агрегат снабжен дополнительным калорифером с внешним электропитанием.
   По данным зарубежных фирм энергопотребление у конденсационных сушилок примерно в два раза меньше, чем у обычных сборно-металлических камер периодического действия.
   Из-за свойств фреона, который используется в качестве хладагента, в конденсационных камерах применяются низкотемпературные режимы сушки с температурой не выше 45 °C. При повышении температуры сушильного агента более 45 °C КПД таких сушилок понижается. Поэтому производительность их малая, так как продолжительность процесса в 2...3 раза больше, чем в камерных сушилках. Эти сушилки следует использовать в тех случаях, когда электроэнергия является наиболее дешевой по сравнению со всеми другими теплоносителями.
   Учитывая, что этот способ дает сокращение энергозатрат, перспективной является разработка новых конденсационных сушильных камер с холодильными установками на хладагенте, позволяющем применять нормальные режимы сушки.
   В настоящее время нет достаточно убедительных оснований рекомендовать какой-либо способ для массовой сушки древесины, кроме наиболее доступных и распространенных: атмосферного и камерного конвективно-теплового. Специальные способы сушки имеют определенный комплекс достоинств и недостатков, ограничивающих возможность их распространения. В дальнейшем, при совершенствовании специальных способов сушки, снижение энергоемкости и себестоимости процесса сушки, сфера их распространения может быть расширена.
   В последнее время произошли значительные изменения в организации, технике и технологии сушки. Если раньше основной объем сушки приходился на крупные деревообрабатывающие и лесопильные предприятия, где сооружались большие сушильные цеха, то сейчас основная масса древесины перерабатывается на малых предприятиях, потребность которых может быть обеспечена одной-двумя камерами небольшой загрузочной вместимости. Многие малые фирмы пытаются реконструиро

11


�ать устаревшие камеры и даже создают самодельные простейшие сушильные устройства, которые не могут обеспечить качественной сушки материалов. Вместе с тем, рынок предъявляет все более жесткие требования к качеству изделий из древесины.
   Низкое качество сушки, обусловленное неудовлетворительным техническим состоянием сушилок и слабой технологической подготовкой обслуживающего персонала, приводит к скрытому браку - неравномерному распределению конечной влажности, который долгое время может оставаться незамеченным и сказаться тогда, когда изделие уже будет находиться в эксплуатации.
   Знание и анализ влияния отдельных статей затрат на стоимость сушки пиломатериалов имеет важное значение для правильной организации работы и повышения рентабельности сушильного цеха.
   К основным технико-экономическим показателям относятся:
     • вместимость камеры в м³ условного материала;
     • годовая проектная производительность камеры в условном материале;
     • поверхность нагрева калорифера камеры в м²;
     • установленная и потребляемая мощность электродвигателей одной камеры;
     • расход пара (топлива) и электроэнергии на 1 м³ материала;
     • стоимость сушки 1 м³ фактического и условного материала;
     • скорость циркуляции сушильного агента (для материала толщиной 25 мм);
     • стоимость постройки камеры на 1 м³ производительности условного материала;
     • на стоимость сушилки влияет конечная влажность продукта, иными словами, сушка, например, с 80 до 75 % требует значительно меньших энергозатрат, чем с 13 до 8 %. Основные затраты падают на конечную стадию сушки.
   Следует учитывать, что для каждого предприятия надо выбирать оптимально подходящий объем камеры, при этом во внимание принимаются количество различных пород древесины, типоразмеров, конечная влажность, общая производительность сушильного цеха.
   Исходя из российской специфики, промышленным предприятиям можно рекомендовать оснастить сушильные хозяйства классическими конвективными камерами с загрузочной емкостью 15...30 м³, в соответствии с финансовыми возможностями. Они обеспечивают гибкость работы предприятия, их перезагрузка длится недолго, а инвестиционные расходы на 1 м³ достаточно невелики.

12