Способ сушки древесины

 

Использование: в деревообрабатывающей промышленности, а также в промышленности стройматериалов. Сущность изобретения: путем многократного чередования циклов продувки теплоносителем с отводом выделяющихся паров и вакуумирования, в котором древесину предварительно нагревают до среднеобъемной температуры 80 - 100 ^oС, после чего сушку ведут путем многократного чередования циклов вакуумирования и продувки теплоносителем, при этом до достижения 30 % влажности после цикла вакуумирования проводят выдержку в герметичной сушильной камере до достижения в ней давления равного атмосферному. Вакуумирование осуществляют при остаточном давлении 10 - 50 мм рт. ст. в течение 30 - 120 минут. Сброс давления до остаточного производят за 1 - 30 с, а в процессе вакуумирования ведут слив конденсата. Продувку производят теплоносителем с температурой 80 - 150 ^oС в течение времени, равном времени вакуумирования, процесс сушки до получения 30 % влажности повторяют до достижения общего суммарного времени вакуумирования, определяемого указанной в описании формулой. По достижении 30 % - ной влажности продувку осуществляют теплоносителем с температурой 80 - 150 ^oС после вакуумирования осуществляют без выдержки. Продолжительность каждой операции составляет 5 - 30 мин. Процесс сушки до конечной влажности повторяют до достижения общего времени вакуумирования, определяемого соотношением, приведенным в формуле изобретения.

Изобретение относится к технологии сушки древесины и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности, а также в промышленности стройматериалов и др.

Известен способ импульсно-вакуумной сушки строительных материалов путем многократного чередования циклов нагрева с одновременной продувкой материала теплоносителем и вакуумирования, в котором в каждом цикле между нагревом и вакуумированием осуществляют адиабатическую выдержку, продолжительность которой равна продолжительности продувки. Продувку осуществляют газовоздушной смесью с температурой 160^оС и влажностью 15 г/кг в течение 6 мин. Вакуумирование проводят в течение 2 мин при остаточном давлении 300 мм рт.ст. [1] Известен способ сушки древесины путем ее обдува нагретым воздухом, отвода выделяемых паров, вакуумирования и охлаждения, в котором древесину предварительно выдерживают под вакуумом 10 кПа, затем обдув ведут при температуре воздуха 50-60^оС с одновременным отводом выделяющихся паров сначала при 30 кПа, а затем 20 кПа, и при скорости воздуха соответственно 2,75-3,25 м/c, охлаждение ведут воздухом с температурой 4-20^оС под вакуумом сначала равном 15 кПа, а затем 10 кПа при скорости воздуха соответственно 3,5-4 м/с и 4-5 м/с [2] Известен способ сушки древесины в сушильной камере, заключающийся в многократном чередовании циклов обдува древесины нагретым воздухом с отводом выделяющихся паров и вакуумирования, причем продолжительность этих операций составляет от 3/1 до 6/1 при продолжительности вакуумирования 45-120 с, охлаждение древесины после сушки осуществляют в атмосферных условиях.

Недостатком способа является высокая энергоемкость и длительность процесса сушки и снижение качества древесины внутри и по краям штабеля.

Техническуая задача изобретения снижение времени сушки, обеспечение высокого качества высушенной древесины, а также снижение энергозатрат.

Это достигается тем, что предлагается способ сушки древесины в сушильной камере путем многократного чередования циклов продувки телпоносителем с отводом выделяющихся паров и вакуумирования, в котором согласно изобретения древесину предварительно нагревают до среднеобъемной температуры 80-100^оС, после чего сушку ведут путем многократного чередования циклов вакуумирования и продувки теплоносителем, при этом при сушке до 30% влажности после вакуумирования проводят выдержку в герметичной сушильной камере до достижения в ней давления равного атмосферному, вакуумирование осуществляют при остаточном давлении 10-50 мм рт.ст. в течение 30-120 мин, причем сброс давления до остаточного производят за 1-30 с, в процессе вакуумирования ведут слив конденсата, а продувку производят теплоносителем с температурой 80-150^оС в течение времени, равного времени вакуумирования, процесс сушки до 30% влажности повторяют до достижения общего (суммарного) времени вакуумирования ( τ_общ^I ), определяемого соотношением: τ^I_в.общ= (1) где ρ_усл^вм условная плотность высушиваемого материала, кг/м³; W_н начальная влажность высушиваемого материала, 30 конечная влажность высушиваемого материала на стадии удаления свободной влажности, 1,57 количество влаги, выделяющейся с 1 м² "условного" пиломатериала за 1 ч при вакуумирования, кг/м² ˙ ч; S _1м3 ^вм поверхность 1 м³ высушиваемого материала, м²; K К- коэффициент, учитывающий переход к высушиваемому материалу через "условный" пиломатериал; δ^вм толщина высушиваемого материала, мм;
n^вм отношение ширины высушиваемого материала к его толщине, а по достижении 30% влажности продувку после вакуумирования осуществляют без выдержки теплоносителем с температурой 80-150^оС, причем продолжительность каждой операции составляет 5-30 мин, при этом процесс сушки до конечной влажности повторяют до достижения общего времени вакуумирования ( τ _в.общ. ^II ), определяемого соотношением: τ^II_в.общ= (2)
W_к конечная влажность материала,
Сущность изобретения заключается в следующем.

Вода находится в двух основных структурных элементах древесины: в полостях клеток и капилляров свободная влага и в стенках клеточных оболочек гигроскопическая или связанная влага.

Максимальное количество связанной влаги, которое может находиться в древесины, примерно одинаково для всех древесных пород и составляет при комнатной температуре около 30 абс. Вся влага свыше 30% является свободной. При сушке влажной древесины в первую очередь удаляется своодная влага и лишь затем начинает испаряться связанная. При нагревании древесины предел гигроскопичности понижается и часть связанной влаги превращается в свободную.

Сушка древесины по предлагаемому способу включает в себя две стадии.

На первой стадии производят удаление свободной влаги вакуум-отжимом, когда влага из капилляров и межкапиллярного пространства удаляется за счет перепада давления в капиллярах и межкапиллярном пространстве и давления в сушильной камере в процессе вакуумирования (при высоком градиенте перепада давления от атмосферного до остаточного) без фазового перехода (испарения) влаги с последующим ее сливом из сушильной камеры.

На второй стадии производится удаление связанной влаги через фазовый переход. Это достигается тем, что предварительно прогретую при атмосферном давлении до температуры, близкой температуре кипения воды, древесину подвергают вакуумированию, снижая температуру фазового перехода воды.

Удаление свободной влаги вакуумированием в технологии сушки древесины общепризнано неэффективным (Серговский П. С. Гдиротермическая обработка и консервирование древесины. М. Лесная промышленность, 1975) и в производстве практически не используется.

Процесс проводят следующим образом. Вначале древесину в сушильной камере нагревают до среднеобъемной температуры 80-130^оС, нагрев осуществляют любым известным методом (преимущественно насыщенным паром). При этом коэффициент поверхностного натяжения воды в капиллярах и межкапиллярном пространстве снижается, кроме того, влаге сообщают энергию, близкую или равную энергии фазового перехода при последующем вакуумировании. Повышение среднеобъемной температуры в указанном интервале значений интенсифицирует процесс удаления свободной влаги при последующих операциях, например вакуумировании. Следует отметить, что повышение температуры нагрева древесины выше 100^оС влечет за собой ее деструкцию с потерей качества. Снижение температуры нагрева древесины ниже 80^оС увеличивает количество циклов вакуумирования и продувки для удаления свободной влаги, время проведения процесса. Соответственно, повышаются энергозатраты.

После предварительного нагрева древесины производят резкий сброс давления в сушильной камере до остаточного 10-50 мм рт.ст. за 1-30 с и проводят вакуумирование (поддержание достигнутого остаточного давления) в течение определенного времени. При этом реализуются следующие физические явления. Низкий уровень остаточного давления и высокая скорость достижения этого давления обеспечивают условия, при которых влага, находящаяся в капиллярах и межкапиллярном пространстве, под действием перепада давлений (давление в камере много ниже давления в капиллярах), вытесняется на поверхность, без фазового перехода. Этому способствуют и растворенные в воде газы, которые совершают работу расширения. Являясь более подвижными, газы первыми приходят в движение, способствуя установлению упорядоченного струйного течения в капиллярах. По мере вытеснения воды давление внутри капилляров поддерживается за счет процесса парообразования внутри капилляров.

Время достижения остаточного давления 1-30 с обеспечивает оптимальное протекание описанного процесса. Снижение времени менее 1 с связано с большим усложнением аппаратурного оформления и поэтому технически нецелесообразно, а увеличение времени набора вакуума свыше 30 с снижает эффективность процесса, увеличивая время сушки и энергозатраты. Это обусловлено тем, что растворенные в воде газы успевают диффундировать из нее с малой скоростью и не оказывают влияния на преодоление инерции покоя воды и установление в капиллярах упорядочненного струйного течения.

Резкий сброс давления в сушильной камере может быть достигнут либо использованием мощных вакуум-насосов, либо применением вакуум-ресивера.

При реализации описанного процесса большое значение имеет величина остаточного давления в сушильной камере, так как она определяет величину силового воздействия на воду в капиллярах древесины, под действием которого вода преодолевает инерцию покоя и силы сопротивления при движении по капиллярам. Заявляемое значение остаточного давления 10-50 мм рт.ст. достигается существующими промышленными установками и обеспечивает эффективное течение процесса сушки. Дальнейшее снижение остаточного давления технически нецелесообразно, а его увеличение выше заявленного снижает эффективность процесса сушки. Именно совокупность заявляемых параметров время достижения остаточного давления в сушильной камере (1-30 с) и величина остаточного давления (10-50 мм рт.ст.) обеспечивают удаление свободной влаги из древесины в основном в жидкой фазе (до 60% свободной влаги удаляется из сушильной камеры сливом), т.е. обеспечивают вакуум-отжим.

Общее время вакуумирования на первой стадии сушки при удалении своодной влаги вакуум-отжимом определяется из соотношения, приведенного в формуле (1).

Предлагаемая формула позволяет с достаточной точностью определить общее время вакуумирования пиломатериала из любой древесины. Величина ρ_усл.^вм определяют по справочным данным (для сосны 400 кг/м³, березы 500 кг/м³ и др.), W_н при поступлении древесины на сушку лабораторным методом; 30 это величина конечной влажности древесины, которую необходимо получить на стадии удаления свободной влаги. Величины 1,57; S _1м3 ^вм и К увязывают свойства древесины и размеры пиломатериала из нее с аналогичными характеристиками "условного" пиломатериала (сосновой обрезной доски толщиной 50 мм, шириной 150 мм и длиной более 1 м, имеющей начальную влажность 60% а конечную 12%).

Предлагаемая формула (1) получена в результате обобщения большого количества экспериментальных данных в условиях полупромышленного производства, была опробована на различном пиломатериале таких пород древесины, как сосна, береза, осина. Она позволяет рассчитать общее время вакуумирования на стадии удаления свободной влаги.

Однако в процессе вакуумирования по мере вытеснения воды давления внутри капилляров поддерживается за счет парообразования, происходящего в капиллярах. Из-за потери тепла на фазовый переход температура древесины снижается. Это в свою очередь ведет к снижению давления в капиллярах и затуханию процесса вытеснения воды, в конечном счете достигнутый перепад давления уравновешивается силами поверхностного натяжения воды и ее истечение по капиллярам прекращается. Если процесс вакуумирования продолжить далее, то удаление воды будет осуществляться только за счет ее испарения, что повлечет за собой быстрое охлаждение древесины вплоть до замораживания влаги внутри нее.

Для обеспечения эффективного удаления свободной влаги именно вакуум-отжимом вакуумирование проводят в несколько циклов, чередуя их для компенсации теплопотерь с обдувом древесины теплоносителем.

При этом в предлагаемом способе сушки время вакуумирования одного цикла ( τ_ц^I ) выбирают от 30 до 120 мин в зависимости от начальной влажности древесины. Уменьшение этого времени менее 30 мин технологически нецелесообразно, а увеличение свыше 120 мин приводит к описанному выше результату.

Таким образом, количество циклов вакуумирования (n^I) определяется соотношением
n^I=
Удаление свободной влаги осуществляетя из капилляров древесины в основном в жидком состоянии. Основная ее часть сливается из сушильной камеры через вакуум-слив, часть испаряется с поверхности древесины и удаляется вакуум-насосом, однако часть влаги остается на поверхности древесины, особенно на нижних слоях при сушке в штабеле, которые подвержены "обливу". Влагу с поверхности древесины перед продувкой теплоносителем необходимо убрать. В противном случае при повышении давления в сушильной камере в процессе продувки до атмосферного произойдет обратный процесс пропитки влага будет снова загоняться вглубь высушиваемой древесины.

Это достигается тем, что после вакуумирования сушильную камеру герметизируют и выдерживают древесину до тех пор, пока парциальное давление водяных паров не достигнет атмосферного за счет испарения влаги с поверхности древесины, после чего осуществляют продувку камеры теплоносителем, в процессе которой пары удаляются. Продувку осуществляют теплоносителем с температурой 80-150^оС (например, горячим воздухом) в течение времени, равном времени вакуумироввания одного цикла τ_ц^I т.е. 30-120 мин.

Продувку осуществляют для уноса из объема сушильной камеры выделившихся паров воды, а также для подогрева охладившейся в процессе вакуумирования поверхности древесины и для восстановления среднеобъемной температуры древесины до уровня ее первоначального значения. Этим определяется выбор температуры теплоносителя и времени продувки.

Температура теплоносителя выбрана из тех соображений, что ее увеличение приводит к перегреву поверхности слоев древесины и их деструкции, а уменьшение снижает эффективность процесса. Время продувки обусловлено тем, что при его уменьшении менее 30 мин древесина не успевает прогреться до нужной температуры, увеличение свыше 120 мин нецелесообразно, так как приводит к возникновению большой разности влажности между поверхностными и глубинными слоями древесины, возникновению напряжений в древесине и развитию трещиноватости.

Т. о. в результате вышеописанных операций, циклически реализуя процессы вакуумирования, выдержки и обдува теплоносителем, удаляют свободную влагу. Влажность древесины уменьшается до 30% т.е. в ней остается только связанная внутриклеточная влага.

Для удаления оставшейся (связанной) влаги до требуемой (конечной) влажности древесины процесс сушки продолжают аналогично первому этапу: после подувки древесины теплоносителем в последнем цикле первой стадии вновь в течение 1-30 сбрасывают давление до остаточного 10-50 мм рт.ст. вакуумирование проводят в течение 5-30 мин, а затем осуществляют продувку теплоносителем с температурой 80-150^оС, например, горячим воздухом в течение 5-30 мин. Общее время вакуумирования на второй стадии стадии удаления связанной влаги ( τ _{в. общ} ^II ) определяют по соотношению: τ^II_в.общ= (2) где W_к конечная влажность высушиваемого материала, требуемая в конкретном случае,
Таким образом, зная τ _{в. общ} ^II и продолжительность одного цикла вакуумирования рассчитывается количество циклов вакуумирования при удалении связанной влаги. Поскольку удаление связанной влаги при вакуумировании происходит через фазовый переход испарением, то в условиях остаточного давления в сушильной камере конденсата на поверхности древесины не образуется. Поэтому на второй стадии сушку проводят без выдержки между процессами вакуумирования и продувки.

При реализации сушки до конечной требуемой влажности происходят следующие физические процессы. Так как связанная влага в клетках находится при 80-100^оС, то при резком снижении давления до остаточного снижается и температура фазового перехода и начинается интенсивное превращение жидкости в пар по всему объему древесины. Образующиеся в клетках пары диффундируют на поверхность древесины равномерно по сечению сортамента, что обеспечивает равномерное удаление влаги, исключает возможность появления поверхностных или внутренних напряжений факторов, вызывающих трещинообразование.

Интенсивное фазовое превращение приводит к снижению температуры древесины и остаточной влаги в ней. Снижение температуры ведет, в свою очередь, к снижению интенсивности удаления связанной влаги, для его интенсификации необходим дополнительный подвод тепла. В соответствии с этим вакуумирование в течение 5-30 мин является оптимальным.

Продувку теплоносителем в течение 5-30 мин также как и на первой стадии осуществляют для удаления паров влаги из объема сушильной камеры и восстановление теплового баланса древесины. При снижении времени обдува менее 10 мин снижается эффективность последующего вакуумирования, при увеличении сверх 30 мин растет унос влаги из поверхностных слоев древесины, что приводит к возникновению перепада влажности как по сечению, так и по длине древесины, а это в свою очередь приводит к возникновению в ней внутренних напряжений, вызывающих процесс трещинообразования.

При продувке в течение заявленного интервала 5-30 мин перепад влажности по сечению и длине высушиваемого материала не существенен и не вызывает внутренних напряжений, ведущих к потере качества. Возникающие в древесине напряжения снимаются при последующим вакуумировании, когда водяные пары диффундируют по сечению и длине сортамента и перепад влажности практически устраняется.

П р и м е р. Процесс реализуют в цилиндрической сушильной камере объемом 0,32 м³ (диаметр 500 мм, длина по образующей 1600 мм), снабженной рубашкой для обогрева; производительность линии вакуумирования 3 м³ /мин; объем ресивера 0,5 м³, блок подготовки воздуха обеспечивает подачу 800 м³/ч.

Во всех примерах конкретного выполнения параметры сушильной установки остаются постоянными. Температура в рубашке поддерживается в пределах 115 ± 5^оС.

П р и м е р 1. Сушат березовые бруски толщиной 60 мм, шириной 60 мм и длиной 1500 мм. Начальная влажность (W_н) 70% конечная влажность (W_к) 8%
На первой стадии (удаление свободной влаги) затраты времени на вакуумирование определяют по формуле (1)
τ^I_в.общ= где ρ_усл^вм для березы 500 кг/м³
K = = 0,45
S _1м3 ^вм 185 ˙ 0,3672 68 м², так как объем одного бруска 0,06 ˙ 0,06 ˙ 1,50,0054 м³
количество брусков в 1 м³ 1 0,0054185
площадь поверхности испарения одного бруска 2(0,06 ˙ 0,06) + 4(0,06 ˙ 1,5)0,3672 м²
Таким образом
τ^I_в.общ= 4,16 ч (250 мин)
На второй стадии (удаление связанной влаги) затраты времени на вакуумирование определяют по формуле (2)
τ^II_в.общ= 2,29 ч 137,3 мин
Назначение режимов практической реализации процесса:
время вакуумирования в цикле на первой стадии 120 мин,
время подогревая после вакуумирования 120 мин.

количество циклов "вакуумирование-подогрев" 2,
время вакуумирования в цикле на второй стадии 15 мин,
время подогрева 20 мин,
количество циклов вакуумирование-подогрев
n^I_ц^I 9
Процесс осуществляют следующим образом.

Помещают высушиваемый материал в сушилку и подают в нее пар с t 115^оС в течение 1,22 ч до достижения материалом среднеобъемной температуры 98^оC; при отработке процесса время прогрева контролировали по показаниям термопар (И. В.Кречетов, Сушка древесины. М. "Лесная промышленность, 1972).

Включают вакуум-насос и создают разряжение в ресивере 30-15 мм рт.ст. далее резко (переключением клапанов) подключают ресивер и вакуумную линию к сушилке. В сушилке таким образом реализуется режим резкого набора вакуума: уровня 610-650 мм рт.ст. за 1-2 с; уровня 745 за 30 с, остаточное давление составляет 15 мм рт.ст.

Сохраняя режим работы вакуум-насоса неизменным, реализуют непрерывное вакуумирование в течение 2 ч (120 мин).

Резко (переключением клапанов) отключают сушильную камеру от ресивера и вакуумной линии, сохраняют герметичноть камеры до выравнивания давления в камере до уровня атмосферного: через ≈5 мин из-за испарения воды из древесины давление в сушильной камере увеличивается до атмосферного (контроль по вакуумметру).

Переключением клапанов сушилку подключают к калориферной установке, поддерживая температуру подаваемого воздуха 85 ± 5^оС; теплоноситель подают в камеру в течение 2ч.

Отключают калориферную установку, сушилку подключают к ресиверу и вакуум-насосу, реализуют повторное вакуумирование (при резком наборе вакуума). Переключением клапанов сушилку отключают от ресивера и вакуумного насоса и при сохранении герметичности камеры выдерживают до увеличения давления до атмосферного. Переключением клапанов сушилку повторно подключают к калориферной установке и повторяют обдув теплоносителем в течение 2 ч.

Затем аналогично описанному проводят процесс вакуумирования на второй стадии стадии удаления связанной влаги при времени вакуумирования 0,25 ч (15 мин).

По истечении 15 мин переключением клапанов сушилку отключают от вакуум-насоса и ресивера подключают к калориферу, продувку ведут в течение 0,33 ч (20 мин).

Затем отключают калорифер и подключают вакуум-насос и ресивер, вакууумирование проводят 0,25 ч (15 мин) и т.д. Общих циклов вакуумирования на второй стадии 9, подогрева 9.

Суммарные затраты времени на сушку по примеру 1. Стадия удаления свободной влаги:
предварительный подогрев древесины 1,22 ч,
суммарное время вакууми- рования 4,0 ч,
суммарное время подогрева древесины 4,0 ч,
суммарное время выдержки 0,1 ч.

Итого 9,32 ч.

Стадия удаления связанной влаги:
суммарное время вакууми- рования 2,25 ч,
суммарное время подогрева 3,0 Итого 5,25 ч. Итого временных затрат: 14,57 ч.

Готовая древесина соответствует II категории качества (ГОСТ 19773-74 "Пиломатериалы хвойных и лиственных пород. Режимы сушки в камерах периодического действия"). Остаточные напряжения (не деформации образцов, вырезанных из сортамента) менее 2% состояние поверхности удовлетворительное; изменение цвета материала не отмечено; в зоне концентрации сучков отмечены зоны потемнения, свидетельствующие о перемещении смолистых веществ к поверхности. Конечная влажность древесины 8% Сушка вышеописанного сортамента в промышленных установках, реализующих конвективную сушку, осуществляется за 12 сут (ГОСТ 19773-74).

П р и м е р 2. Сушат сосновую доску толщиной 50 мм, шириной 150 мм, длиной 1500 мм. Начальная влажность W_н 60% конечная влажность 12%
Определяют расчетным методом затраты времени на вакуумирование на стадии удаления свободной влаги по формуле (1).

ρ_усл^вм сосны 400 кг/м³
K = 1,0 0,88
Значение S _1м3 ^ВМ вычисляют в последовательности:
Объем одной доски 50 ˙ 10^-3 ˙ 150x ˙ 10^-3 ˙ 1,5 ≈ 1,125 ˙ 10^-2м³
Количество досок в 1 м³ 1 1,125 ˙ 10^-2 89
Площадь поверхности испарения доски 2 (0,05 ˙ 0,15 + 0,15 ˙ 1,5 + 0,05 ˙ 1,5)0,615 м²
S _1м3 ^ВМ 89 ˙ 0,615 54,74 м³
Таким образом затраты времени на вакуумирование на стадии удаления свободной влаги:
τ^I_в.общ= 1,6 ч (95 мин)
Затраты времени на вакуумирование на стадии удаления связанной влаги:
τ^II_в.общ= 0,95 ч (57 мин)
Назначение параметров технологического процесса сушки:
время вакуумирования в цикле на первой стадии 30 мин (0,5 ч), циклов вакуумирования 3;
время подогрева сортамента после операции вакуумирования принимают равным τ_ц^I т.е. 30 мин (0,5 ч), циклов подогрева 3;
время непрерывного вакуумирования на второй стадии удаления связанной влаги принимают равным 10 мин (0,167 ч). Таким образом количество циклов вакуумирования 6;
время подогрева сортамента после вакуумирования принимают 15 мин (0,25 ч), циклов подогрева 6.

Процесс осуществляют аналогично примеру 1 с учетом назначенных режимов сушки. Предварительный нагрев производят глухим паром с температурой 115^оС в течение 1 ч (до достижения среднеобъемной температуры 80^оС). Далее операции проводят в последовательности, указанной в примере 1.

Затраты времени на сушку:
на стадии удаления свободной влаги: предварительный нагрев 1,0 ч, время вакуумирования 1,5 ч, время подогрева древесины 1,5 ч, время выдержки 0,17 ч.

Итого: 4,17 ч.

На стадии удаления связанной влаги: время вакуумирования 1 ч, время подогрева 1,5 ч.

Итого: 2,5 ч. Общее время сшуки 6,67 ч.

Конечная влажность древесины 12% она соответствует II категории качества.

Реализуя приведенный процесс в промышленных условиях конвективной сушки, высушить такую доску до W_к 12% можно было только за 2,1 сут.

П р и м е р 3. Сушат сосновые доски толщиной 60 мм, шириной 155 м, длиной 1400 мм. Начальная влажность W_н 150% конечная влажность 8%
Процесс сушки проводят аналогично примерам 1,2. Расчет параметров сушки:
время вакуумирования на первой стадии определяют по формуле (1)
τ^I_в.общ= 6,4 ч (пример расчета К и S _1м3 ^ВМ см. примеры 1 и 2).

Время вакуумирования на второй стадии сушки определяют по формуле (2):
τ^II_в.общ= 1,17 ч или 70 мин
Назначение параметров практического режима сушки:
время вакуумирования в цикле на первой стадии 2 ч,
время подогрева сортамента 2 ч,
количество циклов "вакуумирование-подогрев" на первой стадии
n^I_ц 3,2 ≈ 3
время вакуумирования в цикле на второй стадии принимают равным 5 мин;
время подогрева на второй стадии 10 мин;
количество циклов вакуумирование-подогрев
n^I_ц^I 14
Процесс сушки осуществляют аналогично примерм 1 и 2. Подогрев высушиваемого материала до среднеобъемной температуры 90^оС осуществляют за 1,77 ч и продолжают процесс с учетом назначенных параметров сушки. Затраты времени на сушку: на стадии удаления свободной влаги: предварительный нагрев 1,77 ч, время вакуумирования 6 ч, время подогрева древесины 6 ч, время выдержки (3-5 мин) 0,25 ч.

Итого 14,02 ч. На стадии удаления связанной влаги: время вакуумирования 1,2 ч, время подогрева 2,3 ч
Итого 3,5 ч.

Таким образом затраты времени на высушивание указанного сортамента 17,5 ч (рекомендации по сушке топляка (влажность выше 100%) по ГОСТ 19773-74 отсутствуют). Готовая древесина соответствует II категории качества. Конечная влажность 8%
П р и м е р 4. Сушат сосновые чураки диаметром 80 мм и длиной 1500 мм. Начальная влажность W_н 90% конечная влажность W_к 18%
Аналогично примерам 1, 2, 3 производят расчет
τ _{в. общ} ^I 2,97 ч,
τ _{в. общ} ^II 0,6 ч.

Назначение параметров практического режима процесса:
На первой стадии: время вакуумирования 1,5 ч, время подогрева древесины 1,5 ч,
количество циклов вакууми- рование-подогрев 2.

На второй стадии: время вакуумирования 0,08 ч, время подогрева 0,5 ч,
количество циклов вакууми- рование-подогрев 6.

Общие затраты времени:
Стадия удаления свободной влаги:
предварительный подогрев древесины 1,3 ч, суммарное время вакууми- рования 3,0 ч, суммарное время подогрева 3,0 ч, суммарное время выдержки 0,167 ч.

Итого 7,467 ч.

Стадия удаления связанной влаги: суммарное время вакууми- рования 0,5 ч, суммарное время нагрева 3,0 ч
Итого 3,5 ч. Итого временных затрат 10,967 ч.

Готовая древесина соответствует II категории качества. Конечная влажность 18% При сушке аналогичного сортамента по ГОСТ 19773-74 временные затраты составят 8 сут.

Таким образом заявляемый способ сушки древесины позволяет сушить материал с широким диапазоном влажности. Кроме того, он позволяет уменьшить время проведения процесса и снизить энергозатраты, так как значительное количество влаги удаляетяся в конденсированном состоянии (без фазового перехода при вакуум-отжиме). Режимы проведения процесса сушки влажность по сечению сортамента уменьшается равномерно, что исключает возникновение напряжений, т.е. образование трещин.

Способ прошел промышленную апробацию в условиях мебельного производства.

Дополнительным преимуществом предлагаемого способа сушки древесины является возможность извлечения из воды, сливаемой из сушильной камеры в процессе вакуум-отжима полезных компонентов скипидара, эфирных масел и пр.

Формула изобретения

СПОСОБ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ путем многократного чередования циклов продувки теплоносителем с отводом выделяющихся паров и вакуумирования, отличающийся тем, что древесину предварительно нагревают до среднеобъемной температуры 80 - 100^oС, после чего сушку ведут путем многократного чередования циклов вакуумирования и продувки теплоносителем, при этом до достижения 30% влажности после цикла вакуумирования проводят выдержку до достижения давления, равного атмосферному, а вакуумирование осуществляют при остаточном давлении 10 - 50 мм рт. ст. в течение 30 - 120 мин, причем сброс давления до остаточного производят за 1 - 30 с, в процессе вакуумирования ведут слив конденсата, а продувку производят теплоносителем с температурой 80 - 150^oС в течение времени, равного времени вакуумирования, процесс сушки до получения 30% влажности повторяют до достижения общего суммарного времени вакуумирования τ^I_в.общ, определяемого соотношением

где ρ^dv_усл - условная плотность высушивания материала, кг/м³;
W_н - начальная влажность высушиваемого материала, %;
30 - конечная влажность высушиваемого материала на стадии удаления свободной влаги, %;
1,57 - количество влаги, выделяющейся с 1 м² "условного" пиломатериала за 1 ч при вакуумировании, кг/м² · ч;
- поверхность 1 м³ высушиваемого материала, м²,
а по достижении 30% влажности продувку теплоносителем после вакуумирования осуществляют без выдержки, с температурой последнего 80 - 150^oС, причем продолжительность каждой операции составляет 5 - 30 мин, при этом процесс сушки до конечной влажности повторяют до достижения общего времени вакуумирования τ^II_общ, определяемого соотношением

где W_к - конечная влажность материала, %;

- коэффициент, учитывающий переход к высушиваемому материалу через "условный" пиломатериал;
δ^dv - толщина высушиваемого материала, мм;
η^вм - отношение ширины высушиваемого материала к его толщине.