Способ сушки древесины

 

Изобретение относится к области деревообработки. Процесс сушки включает загрузку древесины в сушильную камеру, погружение ее в нагретую жидкую среду, в качестве которой используют расплавленный парафин, и осуществляют ее выдержку в нем. Сушку осуществляют в два этапа, на первом из которых при температуре до 120^oС удаляют из древесины свободную влагу до величины 30% остаточной влажности при воздействии на древесину расплавленным парафином или конвекционном воздействии на древесину горячим воздухом. На втором этапе при температуре до 140^oС удаляют связанную влагу до величины 10-4% и проводят стабилизацию конечной влажности древесины при температуре до 110^oС при воздействии на древесину расплавленным парафином. Дополнительно, при выдержке древесины в расплавленном парафине в сушильной камере могут создавать разряжение. В расплавленный парафин дополнительно может быть введено поверхностно-активное вещество. Сушка в таких условиях происходит в режиме "выкипания" влаги из древесины и идет равномерно по всей поверхности обрабатываемой древесины. Это повышает эффективность сушки древесины за счет ускорения процесса сушки при одновременном снятии внутренних напряжений в древесине с дополнительным обеспечением ее эффективной защитной пропитки. 7 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области деревообработки и может быть использовано в процессах сушки древесины различных пород с одновременной ее защитной пропиткой.

Известен способ сушки древесины путем ее выдержки в нагретой жидкости, в качестве которой используют раствор гигроскопических веществ, например хлорида натрия, при этом поддерживают ее температуру преимущественно выше температуры кипения воды (SU 483245 А, 1975).

Такой способ позволяет снизить вероятность трещинообразования в древесине при ее сушке, однако не устраняет возможность появления в ней внутренних механических напряжений. Для получения низких величин остаточной влажности сушка таким способом длительна.

Из известных способов наиболее близким к предложенному является способ сушки древесины, включающий погружение древесины в нагретую жидкую среду, размещенную в сушильной камере, и выдержку в ней до достижения заданной величины влажности древесины с последующим ее охлаждением (US 4366627 А, 1983). В качестве нагретой жидкой среды при этом используют горячее масло, а выдержку осуществляют при температуре выше температуры кипения воды.

Такой способ сушки также недостаточно эффективен, поскольку в нем не обеспечивается одновременное сочетание интенсификации процесса и снятие внутренних напряжений в древесине. Длительность высушивания древесины до низких значений влажности при этом превышает несколько десятков часов. Происходящая же в процессе сушки пропитка маслом не контролируется по толщине обрабатываемой древесины, что для многих случаев применения древесины неприемлемо и не позволяет достичь высокого консервационного эффекта.

Задача, решаемая изобретением, состоит в создании способа сушки древесины, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении эффективности сушки древесины за счет ускорения процесса сушки при одновременном снятии внутренних напряжений в древесине с обеспечением ее высокоэффективной защитной пропитки.

Это достигается тем, что в способе сушки древесины, включающем погружение древесины в нагретую жидкую среду, размещенную в сушильной камере, и выдержку в ней до достижения заданной величины влажности древесины с последующим ее охлаждением, в качестве жидкой среды используют расплавленный парафин, при этом сушку осуществляют в два этапа, на первом из которых удаляют из древесины свободную влагу до величины 30% остаточной влажности при температуре до 120^oС, а на втором удаляют связанную влагу до величины 10-4% остаточной влажности при температуре до 140^oС и проводят стабилизацию конечной влажности древесины при температуре до 110^oС. Погружение древесины в расплавленный парафин и выдержка в нем могут проводиться на обоих этапах сушки или только на втором этапе сушки, а на первом этапе сушка может проводиться путем конвекционного воздействия на древесину горячим воздухом. При выдержке древесины в расплавленном парафине на нее могут дополнительно воздействовать вакуумом путем создания в сушильной камере разряжения. В расплавленный парафин может быть добавлено поверхностно-активное вещество.

В соответствии с предложенным способом древесину, например, в виде досок, проложенных металлическими прокладками, помещают в сушильную камеру, в которой находится расплавленный парафин (температура плавления 50^oС). В зависимости от конструкции сушильной камеры может быть предусмотрена обработка древесины только в расплавленном парафине или же на предварительном этапе сушки - обдувом горячим воздухом. На первом (предварительном) этапе сушки древесины удаляют из нее свободную влагу, т.е. влагу, находящуюся внутри клеток древесины, снижая влажность древесины от 50-60 до 30% остаточной влажности. Контроль за величиной влажности осуществляют с помощью датчиков влажности. Температуру на этом этапе поддерживают до 120^oC. Конкретное значение температуры, как и время выдержки, выбирают в зависимости от породы древесины, ее начальной влажности и толщины древесины (пиломатериала). Поскольку свободная влага удалятся наиболее легко, при этом не требуется длительного времени и существенных затрат энергии, а температуры 120^oC достаточно для оуществления этого процесса. Относительно невысокая температура сушки на первом этапе обусловлена также тем, что ввиду бурного выделения свободной влаги требуется более "мягкий" режим сушки, чтобы не вызвать растрескивания древесины. После достижения остаточной влажности 30% проводят охлаждение древесины преимущественно проветриванием атмосферным воздухом. В целях полного исключения возможности растрескивания древесины на первом этапе нагрев и охлаждение древесины может осуществляться циклически. В ряде случаев, например, для лиственных пород после первого этапа сушки может проводиться пропарка древесины для снятия в ней напряжений. Пропарка, например, для твердых пород может проводиться также в целях изменения цвета древесины.

На втором этапе сушки удаляют связанную влагу, т.е. влагу, находящуюся в толщине стенок клеток древесины, доводя остаточную влажность до требуемой величины в пределах от 10 до 4% в зависимости от назначения обрабатываемой древесины. При этом поддерживают температуру парафина до 140^oС, преимущественно в пределах 100-140^oС. В таком диапазоне температур при атмосферном давлении происходит интенсивное удаление влаги из древесины за счет испарения ее в режиме "кипения" и не происходит химических и физических изменений свойств парафина. Это позволяет более чем в десять раз снизить время сушки. Кроме этого, в предложенном способе реализуется эффект конвективного вертикального движения жидкости (теплоносителя), в том числе за счет прохождения сквозь нее пузырьков пара, что перемешивает жидкость и обеспечивает равномерный нагрев древесины.

Свойство парафина впитывать влагу отличает его от других гидрофобных веществ, в том числе любых масел. Поэтому на втором этапе оказывается возможным выдерживать древесину при влажности теплоносителя, равной влажности самой древесины. Это позволяет полностью снять внутренние механические напряжения в древесине. Такую стабилизацию конечной влажности целесообразно проводить при температуре до 110^oС в зависимости от величины конечной влажности. Время ее преимущественно не превышает 4 часов.

При начальной влажности древесины 50-60% длительности первого и второго этапов сушки соотносятся как примерно 2:1. При этом время сушки от 30 до 4% с учетом стабилизации конечной влажности, например, для сосновых досок толщиной до 30 мм не превышает 10 ч при полном отсутствии их деформаций и внутренних механических напряжений в них.

При дополнительном создании вакуума (разряжения) в сушильной камере в сочетании с используемым жидкостным методом сушки понижается температура кипения воды (при остаточном вакууме 0,1 атм - до 50^oС). Поэтому сушка может проводиться при пониженных температурах, что важно для сохранения цвета древесины некоторых пород, например твердолиственных, которые при длительном нагреве свыше 100^oС темнеют. Поэтому такой вариант сушки становится предпочтительным, когда недопустим нагрев древесины, например, более 70^oС. Наличие вакуума в сушильной камере с парафином позволяет осуществлять скоростную сушку древесины с неровной поверхностью и различной толщины в одном блоке. Кроме того, использование пониженных температур при сушке с вакуумом позволяет уменьшить расход электроэнергии. Дополнительным преимуществом использования вакуума является возможность упрощения прижимающих древесину устройств в сушильной камере, поскольку за счет создаваемого разряжения такой прижим обеспечивается при меньших усилиях, что также создает более "комфортные" условия для древесины с точки зрения избежания ее коробления. Разряжение при использовании вакуума преимущественно выбирают в пределах 0,1-0,9 атм.

Введение в парафин поверхностно-активных веществ (ПАВ), например солей щелочных металлов, преимущественно из расчета 100 г ПАВ на 1 кубометр древесины не позволяет парафину глубоко впитываться в древесину и уменьшает энергию отрыва воды с поверхности древесины, т.е. способствует повышению интенсификации удаления влаги.

Таким образом, в предложенном способе сочетание разделения сушки на этапы с указанными режимами и использования парафина в качестве нагретой жидкой среды позволяет не только интенсифицировать процесс сушки и тем самым значительно сократить время сушки, но и полностью снять имеющиеся в древесине механические напряжения и исключить появление внутренних механических напряжений в процессе самой сушки. Одновременно с этим после окончания процесса сушки в приповерхностном слое древесины образуется тонкий защитный слой, обладающий гидрофобными свойствами. При необходимости парафин легко удаляется непосредственно с поверхности обработанной таким способом древесины. Способ, реализуемый в соответствии с изобретением, обеспечивает по сравнению с известными аналогичными способами повышение эффективности сушки древесины за счет ускорения по меньшей мере в два раза процесса сушки при одновременном полном снятии внутренних напряжений в древесине с дополнительным обеспечением ее эффективной пропитки.

Формула изобретения

1. Способ сушки древесины, включающий размещение ее в сушильной камере, сушку в два этапа для удаления свободной и связанной влаги с выдержкой на каждом из них древесины до достижения заданной величины влажности с последующим ее охлаждением, отличающийся тем, что на первом этапе удаляют из древесины свободную влагу до величины 30% остаточной влажности при температуре до 120^oС, а на втором этапе производят удаление связанной влаги до величины 10-4% остаточной влажности путем ее погружения в расплавленный парафин при температуре до 140^oС и проводят стабилизацию конечной влажности древесины при температуре до 110^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что погружение древесины в расплавленный парафин и выдержку в нем проводят на обоих этапах сушки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на первом этапе сушку проводят путем конвекционного воздействия на древесину горячим воздухом.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что при выдержке древесины в расплавленном парафине на нее дополнительно воздействуют вакуумом путем создания в сушильной камере разряжения.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в расплавленный парафин добавляют поверхностно-активное вещество.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что после первого этапа производят охлаждение древесины.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что на первом этапе нагрев и охлаждение древесины осуществляют циклически.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что после первого этапа сушки проводят пропарку древесины.