Способ комбинированной сушки древесины

Изобретение относится к области деревообработки. Способ включает погружение древесины в гидрофобную жидкость в герметичной сушильной камере и проведение одновременно ее жидкостного нагрева и диэлектрического нагрева токами высокой или сверхвысокой частоты до достижения заданной величины влажности. Удельная мощность диэлектрического нагрева составляет 1-25 кВт/м³, а жидкостного - 2-35 кВт/м³. Интенсивность жидкостного нагрева выбирают из условия поддержания температуры гидрофобной жидкости в пределах ±30°С относительно температуры древесины. Стабилизацию конечной влажности проводят при температуре от 100 до 140°С. Одновременно с жидкостным и диэлектрическим нагревом древесины на нее могут воздействовать вакуумом, при этом температура гидрофобной жидкости может составлять 32,5-80°С, а охлаждение древесины проводится путем обдува в вакууме при остаточном давлении не менее 0,1 атмосферного. Это позволяет повысить качество сушки и сократить ее время при одновременном обеспечении малой себестоимости процесса. 5 з.п. ф-лы.

 

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

Известен способ комбинированной сушки древесины путем чередования облучения древесины микроволновой энергией и обдува теплым воздухом (RU 2101630 C1, 1998). При этом вначале с поверхности древесины удаляется влага, а затем древесина прогревается на всю ее толщину микроволновой энергией, которая вызывает интенсивный перенос влаги к поверхности древесины. Основой этого способа является диэлектрическая сушка древесины.

При диэлектрическом нагреве удаление влаги происходит испарением влаги с поверхности древесины, что приводит к охлаждению внешних слоев и снижению их влажности относительно температуры и влажности нагреваемых внутренних слоев. В результате сушка происходит за счет суммарного действия перепадов влажности и температуры. При высокой интенсивности диэлектрического нагрева влага в древесине закипает и под давлением паров создаются условия для молярного переноса влаги, что ускоряет процесс сушки. Однако такая сушка имеет значительную себестоимость, поскольку влага удаляется практически только за счет энергии электричества, кроме того, затруднительно обеспечить равномерный подвод мощности к штабелю древесины. При диэлектрическом нагреве возникает превышение температуры внутренних слоев древесины над температурой наружных слоев, что вызывает разную степень ее высыхания, приводящую из-за разной степени усушки снаружи и внутри древесины к возникновению внутренних напряжений. Увеличение удельной мощности нагрева приводит к возрастанию разницы температур между внутренними и наружными слоями, что дополнительно вызывает увеличение внутренних напряжений до величин, приводящих к растрескиванию древесины.

Из известных способов наиболее близким к предложенному является способ комбинированной сушки древесины, включающий погружение ее в гидрофобную жидкость в герметичной сушильной камере, жидкостный нагрев древесины в гидрофобной жидкости до достижения заданной величины влажности древесины, стабилизацию конечной влажности древесины и ее охлаждение (RU 2215250 С1, 2003). В этом способе осуществляют сушку в два этапа для удаления свободной и связанной влаги с выдержкой древесины на каждом из них до достижения заданной влажности. При этом на первом этапе удаляют из древесины свободную влагу при температуре до 120°С, а на втором этапе удаляют связанную влагу при температуре до 110°С. В качестве гидрофобной жидкости используют парафин. При выдержке древесины в расплавленном парафине на нее дополнительно могут воздействовать вакуумом. Стабилизацию конечной влажности древесины проводят при температуре до 110°С. Комбинированность процесса сушки обусловлена одновременным воздействием на древесину температуры, жидкой среды, а также при необходимости и вакуума. Основой этого способа является жидкостная сушка древесины.

Такой способ обеспечивает снижение себестоимости процесса, позволяет проводить процесс сушки при одновременном снятии внутренних напряжений с обеспечением пропитки древесины. Однако при использовании жидкостного нагрева также возникает разница температуры слоев древесины, но противоположного знака (температура нагреваемых внешних слоев выше температуры внутренних слоев, охлаждающихся за счет расхода тепла на кипение воды в них). С ростом интенсивности жидкостного нагрева разность температур наружных и внутренних слоев увеличивается, что также повышает вероятность образования трещин в древесине. Таким образом, интенсивность сушки ограничена. Это не позволяет ускорить процесс сушки.

Задача, решаемая изобретением, состоит в создании способа комбинированной сушки древесины, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении качества сушки и сокращении ее времени при одновременном обеспечении малой себестоимости процесса.

Это достигается тем, что в способе комбинированной сушки древесины, включающем погружение ее в гидрофобную жидкость в герметичной сушильной камере, жидкостный нагрев древесины в гидрофобной жидкости до достижения заданной величины влажности, стабилизацию конечной влажности древесины и ее охлаждение, одновременно с жидкостным нагревом древесины в гидрофобной жидкости осуществляют ее диэлектрический нагрев с удельной мощностью 1-25 кВт/м³, при этом удельную мощность жидкостного нагрева выбирают в пределах 2-35 кВт/м³, его интенсивность выбирают из условия поддержания температуры гидрофобной жидкости в пределах ±30°С относительно температуры древесины, а стабилизацию конечной влажности проводят при температуре от 100 до 140°С. Диэлектрический нагрев могут осуществлять токами высокой частоты или токами сверхвысокой частоты. Одновременно с жидкостным и диэлектрическим нагревом древесины на нее могут дополнительно воздействовать вакуумом путем создания в герметичной сушильной камере разрежения, при этом температуру гидрофобной жидкости могут выбирать в пределах 32,5-80°С, а охлаждение древесины проводить путем обдува в вакууме при остаточном давлении не менее 0,1 от атмосферного до достижения древесиной температуры 30-40°С.

Указанный выше технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.

В соответствии с предложенным способом древесину, например в виде штабеля, размещают в рабочую емкость герметичной сушильной камеры, в которую перекачивается гидрофобная жидкость, предварительно нагретая до температуры, например, около 100°С. В качестве гидрофобной жидкости может использоваться машинное (техническое) масло, расплавленный парафин, петролатум и др. Одновременно включают нагрев от генератора высокой частоты (ВЧ) или сверхвысокой частоты (СВЧ). При нагреве токами ВЧ древесина помещается между обкладками электрического конденсатора, входящего в резонансную систему генератора, работающего на одной из промышленных частот - преимущественно 13,56 МГц. При СВЧ нагреве производится облучение штабеля древесины энергией от СВЧ генератора, преимущественно на частотах 433 или 915 МГц. Удельную мощность диэлектрического нагрева выбирают в пределах 1-25 кВт/м³, а удельную мощность жидкостного нагрева при этом выбирают в пределах 2-35 кВт/м³. Интенсивность жидкостного нагрева выбирают из условия поддержания температуры гидрофобной жидкости в пределах ±30°С. При несоблюдении требования в указаной разнице температур внешних и внутренних слоев древесины возможно возникновение значительных внутренних напряжений в древесине, приводящих к ее растрескиванию. Конкретные температуры гидрофобной жидкости и древесины при сушке, как и удельные мощности диэлектрического и жидкостного нагрева, зависят от породы древесины и толщины пиломатериала. При меньших относительно указанных удельных мощностях не достигается эффект диэлектрической сушки, а при больших возникает вероятность растрескивания древесины. При сушке твердых лиственных пород (дуб, бук) диэлектрический нагрев должен производиться с умеренной интенсивностью, преимущественно с удельной мощностью около 5 кВт/м³, а жидкостный нагрев - с удельной мощностью 10-15 кВт/м³. При сушке тонких хвойных пород интенсивность сушки может быть гораздо выше и в целом достигать 30 кВт/м³ и более. Без потери качества такое увеличение мощности нагрева может быть реализовано только за счет жидкостного нагрева. При окончании процесса сушки проводят стабилизацию конечной влажности при температуре от 100 до 140°С. При этом нижняя граница температуры обусловлена температурой кипения воды, как обязательным условием сушки в гидрофобной жидкости, а верхняя - началом процессов пиролиза древесины, сопровождающегося ее потемнением. Конкретные значения температуры определяются породой древесины и толщиной пиломатериала. Охлаждение древесины на конечной стадии сушки может осуществляться преимущественно с помощью воздушной системы охлаждения.

Одновременно с жидкостным и диэлектрическим нагревом древесины на нее может быть обеспечено воздействие вакуума. Для этого в герметичной сушильной камере создают разрежение, например, в пределах 0,1-1 атм, с поддержанием вакуума при конденсировании испаряющейся влаги, например, путем прокачивания ее через конденсор с помощью вакуумного насоса. При этом для предотвращения коробления древесины она должна находиться в спрессованном состоянии. Прижим в герметичной сушильной камере осуществляют преимущественно посредством верхней крышки, выполненной в виде резиновой мембраны, передающей при разрежении в камере атмосферное давление около 10 т/м² на всю верхнюю плоскость штабеля древесины. За счет такого прижима древесина в процессе сушки сохраняет свою прямолинейность и не коробится. Температуру гидрофобной жидкости при комбинированной сушке в вакууме выбирают в пределах 32,5-80°С. При этом нижняя величина температуры обусловлена температурой кипения воды при глубине вакуума около 0,1 атм (что является типичным значением для промышленных вакуумных насосов соответствующего назначения). Верхнее значение обусловлено началом потемнения древесины и снижением ее прочности. На окончательном этапе сушки древесины проводят ее охлаждение путем обдува в вакууме при остаточном давлении не менее 0,1 от атмосферного до достижения древесиной температуры 30-40°С. Восстановление в камере давления не полностью и поддержание температуры на 10-15°С выше температуры окружающей среды позволяет обеспечить восстановление теплоемкости воздуха и оптимальное значение прижимающего давления за счет остаточного разрежения.

Сочетание мощностей диэлектрического и жидкостного нагрева древесины позволяет существенно уменьшить мощность диэлектрического нагрева, заменив диэлектрическую мощность на большую по величине и меньшую по цене тепловую мощность жидкостного нагрева. Это одновременно с обеспечением устранения появления внутренних напряжений при сушке и ее значительного ускорения позволяет уменьшить себестоимость сушки. Повышение скорости и качества сушки является несуммарным эффектом сочетания жидкостной и диэлектрической сушки. Это связано с возникновением дополнительной степени свободы при внешнем нагреве древесины, позволяющей управлять разницей температур внутри и снаружи древесины, что, в том числе, снижает внутренние напряжения в древесине. При этом жидкостный нагрев дополнительно нивелирует неравномерности диэлектрического нагрева. Это связано с тем, что с ростом напряженности ВЧ или СВЧ поля увеличивается интенсивность кипения влаги и, соответственно, скорость сушки. Однако при этом также увеличивается разность температур между внутренними и внешними более холодными слоями древесины. При разности температур свыше 30°С это приводит к увеличению напряжений и возникновению трещин в ней. Необходимость поддерживать эту разницу в требуемых пределах ограничивает скорость диэлектрической сушки. Наличие же дополнительного внешнего жидкостного нагрева дает возможность за счет внешнего нагрева сократить превышение температуры внутренних слоев над температурой внешних слоев и тем самым интенсифицировать процесс сушки без увеличения напряжений в древесине. При вакуумной жидкостно-диэлектрической сушке обеспечивается достижение наивысшей скорости сушки и исключительно высокого качества древесины. Такой режим сушки может использоваться, например, в случае необходимости сохранения исходного цвета древесины, что обусловлено возможностью снижения температуры сушки. Указанный выше режим охлаждения при остаточном вакууме дополнительно обеспечивает получение наибольшей ровности высушиваемой древесины.

Способ в соответствии с изобретением позволяет повысить качество сушки древесины и сократить время сушки при одновременном обеспечении малой себестоимости процесса.

1. Способ комбинированной сушки древесины, включающий погружение ее в гидрофобную жидкость в герметичной сушильной камере, жидкостный нагрев древесины в гидрофобной жидкости до достижения заданной величины влажности древесины, стабилизацию конечной влажности древесины и ее охлаждение, отличающийся тем, что одновременно с жидкостным нагревом древесины в гидрофобной жидкости осуществляют ее диэлектрический нагрев с удельной мощностью 1-25 кВт/м³, при этом удельную мощность жидкостного нагрева выбирают в пределах 2-35 кВт/м³, его интенсивность выбирают из условия поддержания температуры гидрофобной жидкости в пределах ±30°С относительно температуры древесины, а стабилизацию конечной влажности проводят при температуре от 100 до 140°С.

2. Способ комбинированной сушки древесины по п.1, отличающийся тем, что диэлектрический нагрев осуществляют токами высокой частоты.

3. Способ комбинированной сушки древесины по п.1, отличающийся тем, что диэлектрический нагрев осуществляют токами сверхвысокой частоты.

4. Способ комбинированной сушки древесины по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что одновременно с жидкостным и диэлектрическим нагревом древесины на нее дополнительно воздействуют вакуумом путем создания в герметичной сушильной камере разряжения.

5. Способ комбинированной сушки древесины по п.4, отличающийся тем, что температуру гидрофобной жидкости выбирают в пределах 32,5-80°С.

6. Способ комбинированной сушки древесины по п.4, отличающийся тем, что охлаждение древесины проводят путем обдува в вакууме при остаточном давлении не менее 0,1 от атмосферного до достижении древесиной температуры 30-40°С.