Способ сушки и пропитки древесины
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к технологии сушки и пропитки древесины различных пород, и может быть использовано для получения древесины с различными свойствами, пропитка антисептиками, антипиринами, красителями и др. Способ включает операции по удалению свободной и связанной влаги, включающие чередование циклов продувки древесины теплоносителем, нагрева древесины до среднеобъемной температуры 80-100 градусов С, вакуумирования, операции по пропитке древесины, при этом при проведении операций удаления свободной влаги из древесины во время вакуумирования, после каждого соединения объема ресивера с объемом сушильно-пропиточной камеры, загруженной древесиной, и в ресивере и в сушильно-пропиточной камере создают и поддерживают давление ниже и/или равное давлению паров жидкости древесины при данной температуре древесины, а после удаления свободной влаги и достижения в процессе сушки переходной влажности древесины от свободной к связанной, при создавшихся конечных параметрах вакуума и температуры древесины в сушильной камере, по крайней мере, один раз проводят распыление пропитывающей жидкости в парокапельном состоянии с температурой ниже температуры древесины с последующей выдержкой при создавшемся давлении в сушильно-пропиточной камере в течение времени, необходимого для нагрева древесины до заданной температуры сушки. Способ обеспечивает расширение технологических возможностей. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к технологии сушки и пропитки древесины различных пород, и может быть использовано для получения антисептированной древесины или древесины повышенной огнестойкости.
Известен способ обработки древесины путем многоступенчатой камерной сушки пиломатериалов, заключающийся в том, что перед влаготермообработкой температуру в камере сушки устанавливают ниже «точки росы», затем подают в камеру взвесь водорастворимого антисептика, а затем досушивают поверхностные слои древесины (см. патент РФ №2119426 С1, М.кл. 6 В27К 3/14, В27К 5/04, 1998 г.).
К недостаткам известного способа можно отнести низкую эффективность пропитки, которая получается поверхностной, и, как следствие, потерю антисептических свойств поверхности древесины после ее механической обработки.
Известен способ обработки древесины (см. патент РФ №2026777, М.кл. В27К 3/08, 1995 г.), заключающийся в том, что перед пропиткой древесину вакуумируют (подвергают воздействию вакуума) в течение 5-10 минут при 560-650 мм рт.ст., затем в рабочий объем подают пары антисептика под давлением 0,5-1,5 атм, после чего рабочий объем заполняют жидким антисептиком с температурой 50-65 градусов С, повышая давление до 2,8-80 атм, которое поддерживают в течение 25-40 минут, или в два этапа по 10-20 минут с промежуточным сливом антисептика и созданием незначительного вакуума в автоклаве глубиной 560-650 мм рт.ст., т.е на 14-26% ниже атмосферного.
Недостатком данного способа является низкая эффективность использования вакуума, ограниченность применения способа, например, при пропитке толстостенной древесины или шпалопропитки креозотом.
Известен способ автоклавной пропитки древесины, обеспечивающий увеличение глубины пропитки древесины путем чередования статического и переменного давлений (см. патент РФ №2124434, М.кл. В27К 3/08, 1999 г.). При этом производится начальное вакуумирование, затем автоклав наполняется пропиточной жидкостью и давление поднимается до рабочего уровня. Далее воздействуют переменным давлением с амплитудой 0,05-0,5 МПа и частотой 2-40 Гц, затем вновь выдерживается при статическом давлении, и далее воздействие переменным давлением многократно повторяется.
Недостатком известного способа пропитки древесины является использование большого количества раствора антисептика, высокая результирующая влажность древесины, неприемлемая к эксплуатации, и, как следствие этого, высокие удельные энергозатраты для получения сухой пропитанной антисептиком древесины.
Известен более совершенный способ сушки древесины в сушильной камере - прототип, заключающийся в многократном чередовании циклов продувки теплоносителя с отводом выделяющихся паров влаги, вакуумирования, предварительного нагрева до среднеобъемной температуры 80-100 градусов С, многократного чередования циклов вакуумирования, при этом каждый цикл вакуумирования проводится скоростным вакуумированием при помощи ресивера, быстродействующих клапанов и трубопроводов с постоянным нагревом древесины в изолированной от атмосферы сушильной камере (см. патент РФ №2228498, М.кл. 7 F26B 5/04, опубл. 10.05.2004 г.).
Выдержку в камере ведут до давления, равного равновесному давлению пара при данной температуре. Скоростное вакуумирование осуществляют при помощи ресивера, давление в котором перед каждым циклом вакуумирования создают 1-10 мм рт.ст. Объем ресивера выполнен таким образом, чтобы при его соединении с сушильной камерой в последней создавалось давление меньше равновесного давления пара при данной температуре быстродействующих клапанов, обеспечивающих соединение сушильной камеры с ресивером за время равное 0,1-0,5 сек и сброс давления в сушильной камере за 0,5-5,0 сек. Диаметр трубопроводов, соединяющих сушильную камеру с ресивером, и диаметр проходного сечения быстродействующих клапанов рассчитывается по предложенной авторами математической формуле.
К недостаткам способа-прототипа можно отнести невозможность осуществления пропитки древесины непосредственно в сушильной камере растворами нелетучих веществ (антисептиками, антипиренами, красителями) с последующим удалением растворителя.
Задачей настоящего изобретения является расширение технологических возможностей способа путем осуществления пропитки древесины в сушильной камере различными растворами нелетучих веществ с последующим удалением растворителя из древесины, т.е. получение сухой, пропитанной древесины транспортной, эксплуатационной влажности, используемой для изготовления мебели, столярных изделий и конструкций домостроения.
Поставленная изобретением задача достигается тем, что при проведении операций удаления свободной влаги из древесины во время вакуумирования, после каждого соединении объема ресивера с объемом сушильно-пропиточной камеры, загруженной древесиной, и в ресивере и в сушильно-пропиточной камере создают и поддерживают давление ниже и/или равное давлению паров жидкости древесины при данной температуре древесины, а после удаления свободной влаги и достижения, в процессе сушки, переходной влажности древесины от свободной к связанной, при создавшихся конечных параметрах вакуума и температуры древесины в сушильной камере, по крайней мере, один раз проводят распыление пропитывающей жидкости в парокапельном состоянии с температурой ниже температуры древесины с последующей выдержкой при создавшемся давлении в сушильно-пропиточной камере в течение времени, необходимого для нагрева древесины до заданной температуры сушки, при этом соединение полости сушильно-пропиточной камеры, заполненной древесиной, с ресивером проводят скоростным соединением за время 0,1-0,5 сек, после чего проводят операцию удаления из пропитанной древесины внесенной за время пропитки влаги (растворитель, пропитывающая жидкость) путем воздействия на древесину вакуумом в течение 0,5-60 минут, при этом операции скоростного соединения при воздействии вакуумом, при распылении пропитывающей жидкости, выдержки при создавшемся давлении повторяют до достижения необходимой глубины пропитки и заданной влажности древесины.
Выдержку, после распыления пропитывающей жидкости, при создавшемся давлении в сушильно-пропиточной камере проводят при остаточном вакууме.
Выдержку, после распыления пропитывающей жидкости, при создавшемся давлении в сушильно-пропиточной камере проводят при атмосферном давлении.
Для увеличения глубины пропитки древесины другими пропитывающими жидкостями, например антипиреном или антисептиком, после пропитки древесины пропитывающим составом, проводят, по крайней мере, одну дополнительную операцию - пропитку древесины водой или растворителем.
Перед соединением объема ресивера с объемом сушильно-пропиточной камеры с древесиной для сушки в ресивере создают давление 11-100 мм рт.ст.
После соединения объема ресивера с объемом сушильно-пропиточной камеры с находящейся в ней древесиной в процессе пропитки или увлажнения проводят дополнительное удаление парокапельной смеси и несконденсированных паров из сушильно-пропиточной камеры и из ресивера за счет повышения глубины вакуума и в ресивере и в сушильной камере путем включения вакуумного насоса.
Новизной предложенного способа является то, что при проведении операций удаления свободной влаги из древесины во время вакуумирования, после каждого соединения объема ресивера с объемом сушильно-пропиточной камеры, загруженной древесиной, в ресивере и в сушильной камере создают и поддерживают давление ниже и/или равное давлению паров жидкости древесины при данной температуре древесины, а после удаления свободной влаги и достижения, в процессе сушки, переходной влажности древесины от свободной к связанной, при создавшихся конечных параметрах вакуума и температуры древесины в сушильной камере, по крайней мере, один раз проводят распыление пропитывающей жидкости в парокапельном состоянии с температурой ниже температуры древесины с последующей выдержкой при создавшемся давлении в сушильно-пропиточной камере в течение времени, необходимого для нагрева древесины до заданной температуры сушки, при этом соединение полости сушильно-пропиточной камеры, заполненной древесиной, с ресивером проводят скоростным соединением за время 0,1-0,5 сек, после чего проводят операцию удаления из пропитанной древесины внесенной за время пропитки влаги (растворитель, пропитывающая жидкость) путем воздействия на древесину вакуумом в течение 0,5-60 минут, при этом операции скоростного соединения при воздействии вакуумом, при распылении пропитывающей жидкости, выдержки при создавшемся давлении повторяют до достижения необходимой глубины пропитки и заданной влажности древесины. Указанные признаки являются признаками новыми, неочевидными, неожиданными, промышленно осуществимыми и направленными на достижение поставленной изобретением технической задачи расширения технологических возможностей процесса, путем обеспечения пропитки древесины различными растворами нелетучих веществ и их сочетаниями при конечной влажности древесины, удовлетворяющей требованиям, предъявляемым к древесине при изготовлении мебели, различных строительных деревянных конструкций и др. Отсутствие какой-либо из перечисленных операций с заданными параметрами не приведет к эффективной сушке и пропитке древесины.
Альтернативным вариантом осуществления предлагаемого способа с обеспечением требуемой глубины пропитки древесины антипиреном или антисептиком, после пропитки древесины пропитывающей жидкостью, проводят, по крайней мере, одну дополнительную операцию - пропитку древесины водой или растворителем.
Признаки проведения операций выдержки, после распыления пропитывающей жидкости, при создавшемся давлении в сушильно-пропиточной камере при остаточном вакууме или при атмосферном давлении.
Признаки создания перед соединением объема ресивера с объемом сушильно-пропиточной камеры, заполненной древесиной, в ресивере создают давление 11-100 мм рт.ст., и признак удаления парокапельной смеси и несконденсированных паров из сушильной камеры и из ресивера за счет повышения глубины вакуума и в ресивере и в сушильной камере путем включения вакуумного насоса после соединения объема ресивера с объемом сушильно-пропиточной камеры - являются признаками дополнительными, способствующими достижению поставленной изобретением задачи.
Увеличение количества циклов пропитки более одного позволяет осуществлять пропитку древесины на заданную глубину, которая после поверхностной обработки сохраняет свойства сухой пропитанной древесины.
Достигаемый сочетанием известных и вышеперечисленных отличительных признаков конечный результат предлагаемого способа является энергетически малозатратным, поскольку операции пропитки проводятся на подготовленной к этому древесине - создан необходимый уровень вакуума в сушильно-пропиточной камере, древесина нагрета до необходимой для качественной пропитки температуры, распыление пропитывающей жидкости на поверхность древесины проводят в парокапельном состоянии при температуре, меньшей чем температура древесины, а для увеличения глубины пропитки древесины антипиреном или антисептиком после пропитки пропитывающим составом проводят пропитку водой с растворением выкристаллизовавшегося нелетучего вещества и последующим его вдавливанием повышением давления в древесину, позволяют снизить расход пропитывающей жидкости и обеспечить качественную равномерную пропитку по всей поверхности и заданной толщине древесины.
Неожиданность получения результата проявляется в сочетании особенностей выполнения операций на подготовленной к этому процессу древесине, при которых после удаления свободной влаги и достижения, в процессе сушки, переходной влажности древесины от свободной к связанной, при создавшихся, на операции вакуумирования, вакуума и температуры древесины, по крайней мере, один раз проводят распыление пропитывающей жидкости в парокапельном состоянии с температурой ниже температуры древесины с выдержкой при создавшемся давлении в сушильно-пропиточной камере в течение времени, необходимого для нагрева до заданной температуры сушки древесины, и/или выдержке при остаточном вакууме и/или атмосферном давлении, скоростным соединением за время 0,1-0,5 сек полости сушильно-пропиточной камеры, заполненной древесиной, с ресивером, после чего из пропитанной древесины удаляют внесенную за время пропитки влагу (растворитель) путем воздействия на древесину вакуумирования в сушильно-пропиточной камере в течение 0,5-60 минут, при этом операции вауумирования, распыление пропитывающей жидкости, выдержку при создавшемся давлении, скоростное соединение и вакуумирование повторяют до достижения заданной влажности древесины и необходимой глубины пропитки, для увеличения глубины пропитки древесины антипиреном или антисептиком после пропитки пропитывающим составом проводят, по крайней мере, один раз пропитку водой.
Образование в процессе удаления свободной влаги древесины при соединении объема ресивера с объемом сушильно-пропиточной камеры с древесиной для сушки в них давления ниже и/или равного давлению паров жидкости древесины при данной температуре древесины, в сочетании с обеспечением перед соединением объема ресивера с объемом сушильно-пропиточной камеры с древесиной для сушки в ресивере созданного давления 11-100 мм рт.ст, и осуществление после соединения объема ресивера с объемом сушильно-пропиточной камеры с древесиной для сушки из ресивера вакуумирования вакуумным насосом обеспечивает гарантированное создание перегретого состояния жидкости в древесине, ее интенсивное испарение в капиллярах, охлаждение древесины, удаление влаги из капилляров на поверхность древесины и в объем сушильно-пропиточной камеры в конденсированном состоянии, более эффективное улавливание парокапельной смеси в ресивере, уменьшение количества пара, поступающего в вакуумный насос, и увеличение его эффективности работы позволяет оптимизировать процесс пропитки, избежать затрат времени и пропитывающей жидкости и обеспечить эффективное осуществление операций предлагаемого способа.
Воздействие на древесину вакуумирования в сушильно-пропиточной камере в течение 0,5-60 минут позволяет наиболее эффективно использовать вакуум в сушильно-пропиточной камере, обеспечить более глубокое проникновение пропитывающей жидкости в древесину и удалить внесенный растворитель.
На чертеже схематично (вид сверху) представлена установка сушки и пропитки древесины, при помощи которой осуществляется предлагаемый способ.
Установка для сушки древесины состоит, как минимум, из одной сушильно-пропиточной камеры 1, выполненной в поперечном сечении прямоугольной формы, а ее торцевые стенки выполнены полуцилиндрическими с ребрами жесткости, и связанной трубопроводами 3 и 4 с ресивером, выполненным в виде двух емкостей 5 и 6, расположенных в горизонтальном положении друг над другом. Сушильная камера 1 может быть выполнена в поперечном сечении как в виде круга - цилиндрическая, а ее торцевые стенки выполнены полусферическими без ребер жесткости. Каждая из полусферических торцевых стенок может быть выполнена в виде навесной на шарнирах двери 7. На внутреннюю поверхность сушильной камеры нанесено антикоррозионное покрытие. Сушильно-пропиточная камера 1 оборудована теплоизоляцией. На трубопроводах 3 и 4 сушильно-пропиточной камеры 1 установлены пневматические быстродействующие клапаны 8 и 9. Вакуумный насос 10 при помощи трубопровода 11 с пневматическим клапаном 12 соединен с нижней 5 емкостью ресивера. Шлюзовая камера 13 соединена с нижней емкостью 5 ресивера при помощи, по крайней мере, одного трубопровода, смонтированного в нижней его точке, при помощи пневматического клапана 14. Шлюзовая камера 13 имеет кран 15 для соединения с атмосферой и кран 16 для слива жидкости. Компрессор 17 через пульт 18 обеспечивает систему управления установкой сжатым воздухом. Сушильно-пропиточная камера 1 имеет кран и обратный клапан 19 для соединения внутреннего объема камеры с атмосферой и уровнемер 20 для контроля уровня и кран 21 для слива жидкости из сушильно-пропиточной камеры 1. В торцевых стенках сушильно-пропиточной камеры, выполненных полуцилиндрическими, смонтировано не менее одного блока нагревательных элементов - калориферов 22 и смонтировано не менее одного вентилятора 23 с системой распределения воздушного потока, на корпусе внутри сушильно-пропиточной камеры 1, выполненной в виде аэродинамических направляющих 24, причем, по крайней мере, одна из направляющих выполнена регулируемой. Корпус сушильно-пропиточной камеры 1 и ее торцевые стенки снабжены ребрами жесткости. Ось крыльчатки 25 вентилятора 23 может быть смонтирована к продольной оси сушильно-пропиточной камеры 1 под углом от 60 до 120 градусов, в частном случае - перпендикулярно, причем электродвигатель вентилятора 23 вынесен за пределы полости сушильно-пропиточной камеры 1 и смонтирован на внешней стороне полуцилиндрических торцевых стенок. Герметичное вакуумное уплотнение вала электродвигателя вентилятора 23 оборудовано сальниковыми манжетами, подшипниками, каналами для смазки и тавотницами. В потолочной прямоугольной части сушильно-пропиточной камеры 1 смонтировано не менее одного отвода 26 для установки быстродействующих клапанов 8 и 9, а в боковой стенке сушильно-пропиточной камеры смонтирован отвод с запорным устройством и пневматическим клапаном для соединения с емкостью 27. Трубопровод 28 с форсунками 29 для подачи воды, или красителя, или антисептика, или пара смонтирован в полости сушильно-пропиточной камеры 1, при этом форсунки 29 смонтированы в зоне аэродинамических как стационарно смонтированных направляющих 24, так и в зоне регулируемых направляющих. Емкости 27 для воды, красителя, антисептика соединены при помощи трубопровода 30 с трубопроводом 28 с форсунками 29. Симметрично может быть установлена вторая сушильная камера.
Предлагаемый способ сушки и пропитки древесины осуществляется следующим образом. Сначала осуществляется подготовка установки к работе. Для этого пиломатериал - древесина, предназначенная для сушки, укладывается штабелем на выдвигаемые из сушильно-пропиточной камеры тележки, которые вместе с древесиной по рельсам после загрузки закатываются внутрь камеры 1. Камера 1 в загруженном состоянии холодная, полуцилиндрическая торцевая стенка-дверь 7, пневматические клапаны 8, 9 и кран 21 для слива жидкости из сушильной камеры герметично закрыты.
Включением вакуумного насоса 10 при открытом пневматическом клапане 12 в емкостях 5 и 6 ресивера начинает создаваться вакуум, который доходит до 11-100 мм рт.ст. Одновременно с вакуумным насосом 10 включаются компрессор 17, калориферы 22 и вентиляторы 23 сушильной камеры 1 и производится набор давления в ресивере компрессора до 5-6 атм, и осуществляется нагрев пиломатериала до температуры 80-100 градусов С. В процессе нагрева в сушильно-пропиточной камере повышается давление пара жидкости, выделяемой из древесины, и при превышении давления выше атмосферного пары жидкости через обратный клапан 19 автоматически удаляются в атмосферу.
После достижения заданной температуры пиломатериала - древесины в сушильно-пропиточной камере 1 через пульт управления 18 открывают быстродействующие пневмоклапаны 8 и 9, соединяющие емкости ресивера 5 и 6 с сушильно-пропиточной камерой 1. При воздействии вакуума на пиломатериал температура последнего снижается на 10-15 градусов. При этом свободная влага начинает выходить из пиломатериала - древесины и скапливается на дне сушильно-пропиточной камере, которая в дальнейшем при открытом пневматическом клапане 14 удаляется в шлюзовую камеру 13, а влага находящаяся в парокапельном состоянии вовлекается в ресивер в емкости 5 и 6. Уровень влаги в камере сушки контролируется по уровнемеру 20, смонтированному в нижней части сушильной камеры 1. Выдержку древесины под создавшимся вакуумом делают в течение 0,5-60 минут, после чего пневмоклапаны 8 и 9 закрывают, отсоединив тем самым сушильно-пропиточную камеру от емкостей 5 и 6 ресивера. После закрытия пневмоклапанов 8 и 9 в ресивере вновь начинается создание прежнего уровня вакуума в 11-100 мм рт.ст., а в сушильной камере древесину выдерживают при остаточном вакууме, постоянно подогревая древесину до температуры в 80-100 градусов С. В процессе нагрева древесины в сушильно-пропиточной камере повышается давление пара жидкости, и при превышении давления выше атмосферного пары жидкости через обратный клапан автоматически удаляются в атмосферу. Затем вышеописанные операции с древесиной в сушильно-пропиточной камере 1 повторяют до удаления свободной влаги и достижения, в процессе сушки, переходной влажности древесины от свободной к связанной, после чего приступают к удалению связанной влаги и пропитке древесины. При этом электродвигатель вентилятора 23, находящийся снаружи сушильной камеры, не претерпевает воздействий вакуума и сохраняет работоспособность более длительное время. Ребра жесткости, выполненные на корпусе и полуцилиндрических торцевых стенках сушильно-пропиточной камеры 1, обеспечивают надежную без разгерметизации работу установки.
Операции сушки древесины во второй сушильно-пропиточной камере осуществляются в той же последовательности, но со смещением во времени.
Для удаления связанной влаги вновь проводят нагрев древесины при закрытых кранах 15 и 16 шлюзовой камеры и закрытых быстродействующих клапанах 8 и 9 до среднеобъемной температуры 80-110 градусов С. В процессе нагрева древесины в сушильно-пропиточной камере повышается давление пара жидкости, и при превышении давления выше атмосферного пары жидкости через обратный клапан автоматически удаляются в атмосферу. Для обеспечения равномерности нагрева древесины по всему объему камеры на ее боковых стенках смонтирована система аэродинамических направляющих 24, в том числе часть из них - регулируемые. За время нагрева в емкостях 5 и 6 ресивера вновь создается вакуум в 11-100 мм рт.ст. После достижения указанных параметров температуры и вакуума приступают к импульсному вакуумному воздействию на древесину. Для этого за время 0,1-0,5 сек с помощью быстродействующих клапанов 8 и 9 производят соединение сушильно-пропиточной камеры 1 с емкостями ресивера. Сброс давления и его выравнивание в ресивере и сушильной камере осуществляют за время 0,5-5 сек до давления ниже равновесного давления насыщенного пара для данной температуры при открытых клапанах 8 и 9 и делают выдержку в создавшемся вакууме в течение 0,5-60 минут. Внесение, например, раствора нелетучих антисептика, антипирена, или красителя в поры древесины осуществляют в распыленном виде при температуре раствора ниже температуры древесины при помощи форсунок 29 в момент, когда в полости сушильно-пропиточной камеры и в ресивере создан максимально возможный равновесный вакуум. Раствор антипирена, антисептика или красителя в зависимости от требуемой операции, поступая из емкостей 27 по трубопроводам 30 и 28, впрыскивается в полость сушильно-пропиточной камеры 1 при помощи форсунок 29, выдерживают при создавшемся давлении, нагревают древесину до заданной температуры, и под действием сохранившегося в объеме древесины вакуума растворы антипирена, антисептика, красителя и т.п. внедряются в поры древесины. В зависимости от требуемой глубины пропитки древесины проводят соответствующее количество вакуум-импульсных операций пропитки. Таким же образом осуществляется пропитка древесины различными растворами, в том числе красящими или увлажняющими. Для дальнейшего удаления связанной влаги вновь проводят нагрев древесины при закрытых кранах 15 и 16 шлюзовой камеры и закрытых быстродействующих клапанах 8 и 9 до среднеобъемной температуры 80-110 градусов С. В процессе нагрева в сушильно-пропиточной камере повышается давление пара жидкости и при превышении давления выше атмосферного пары жидкости через обратный клапан автоматически удаляются в атмосферу. За время нагрева в емкостях 5 и 6 ресивера вновь создается вакуум в 11-100 мм рт.ст. После достижения указанных параметров температуры и вакуума приступают к импульсному вакуумному воздействию на древесину. Для этого за время 0,1-0,5 сек с помощью быстродействующих клапанов 8 и 9 производят соединение сушильно-пропиточной камеры 1 с емкостями ресивера. Сброс давления и его выравнивание в ресивере и сушильной камере осуществляют за время 0,5-5 сек до давления ниже равновесного давления насыщенного пара для данной температуры при открытых клапанах 8 и 9 и делают выдержку в создавшемся вакууме в течение 0,5-60 минут. Затем для дальнейшего последующего удаления связанной влаги вновь проводят нагрев древесины при закрытых кранах 15 и 16 шлюзовой камеры и закрытых быстродействующих клапанах 8 и 9 до среднеобъемной температуры 80-110 градусов С. В процессе нагрева в сушильно-пропиточной камере повышается давление пара жидкости и при превышении давления выше атмосферного пары жидкости через обратный клапан автоматически удаляются в атмосферу. За время нагрева в емкостях 5 и 6 ресивера вновь создается вакуум в 11-100 мм рт.ст. После достижения указанных параметров температуры и вакуума приступают к импульсному вакуумному воздействию на древесину. Для этого за время 0,1-0,5 сек с помощью быстродействующих клапанов 8 и 9 производят соединение сушильно-пропиточной камеры 1 с емкостями ресивера. Указанные операции сушки повторяют несколько раз до достижения заданной влажности древесины. После этого повторяют операции пропитки до достижения необходимой концентрации антисептика, антипирена, красителя в древесине, при этом для достижения необходимой глубины пропитки пропитка раствором чередуется с пропиткой водой или растворителем. Вода, внесенная с раствором, также в дальнейшем удаляется в процессе вакуумирования древесины в сушильно-пропиточной камере.
Время выдержки под создавшимся вакуумом определяется толщиной древесины, причем это время для различных пород древесины различно. Время в 15 минут для сушки и в 30 минут для пропитки древесины определено для сосны, в частности - для доски с размерами (50×200×6000) мм. Пропитку осуществляли антипиреном «Диафос-50Р» до 2-го класса огнестойкости. В качестве антисептика использовали водные растворы солей борной кислоты. Глубина пропитки и количество расходуемого пропитывающего раствора определялось количеством циклов пропитки.
Опытная промышленная установка для сушки и пропитки древесины была изготовлена с объемом загрузки 7,5 м куб. древесины, на которой и были опробованы указанные режимы.
Конкретный пример осуществления предлагаемого способа.
В сушильно-пропиточную камеру 1 с объемом загрузки 7,5 м куб. загрузили, предварительно уложенную штабелем древесину - с прокладыванием каждого ряда досок рейкой с размерами 15×15×1200 мм.
Использовались сосновые доски, толщиной 50 мм, шириной 200 мм и длиной 6000 мм. Исходная влажность древесины - 70%. Требуемая конечная влажность 10%, пропитка антипиреном «Диафос-50Р» - вторая степень огнестойкости.
Сушильно-пропиточную камеру 1 герметично закрыли, включили нагревательные элементы калориферов 22 и вентиляторы 23. Нагретый воздух с температурой в 130 градусов С при атмосферном давлении в сушильно-пропиточной камере нагрел древесину до среднеобъемной температуры 90 градусов С. Время нагрева древесины составило 210 минут. Все быстродействующие клапаны и краны, соединяющие камеру 1 с атмосферой, емкостью 27 с пропитывающей жидкостью и емкостями 5 и 6 ресивера при этом были закрыты. Затем осуществили комплекс операций по сушке - удалению свободной влаги древесины до достижения, в процессе сушки, переходной влажности древесины от свободной к связанной, после чего приступили к удалению связанной влаги и к пропитке древесины. После того как был закончен последний цикл удаления свободной влаги из древесины, в сушильно-пропиточной камере 1 создали вакуум - 238 мм рт.ст. Среднеобъемная температура древесины снизилась с 90 до 80 градусов С. Калориферы 22 и вентиляторы 23 включены.
Пропитку древесины начали с подачи через распыливающее устройство - форсунки 29 пропитывающей жидкости антипирена «Диафос 50Р» с температурой 70 градусов путем открывания крана 31, соединяющего через трубопроводы 30 и 28 емкость 27 с пропитывающей жидкостью с сушильно-пропиточной камерой 1.
Древесину с распыленной пропитывающей в сушильной камере жидкостью в количестве 5-ти кг на метр кубический древесины выдержали в сушильно-пропиточной камере при остаточном вакууме 15 минут (для березы - 20 минут, для дуба - 30 минут). В процессе распыления пропитывающей жидкости и попадания ее на поверхность древесины и во время выдержки при остаточном вакууме пропитывающая жидкость антипирен «Диафос-50Р» втягивалась в свободные от влаги поры древесины, а растворитель (вода) за счет теплоты древесины частично испарялся и удалялся вакуумным насосом в ресивер, где конденсировался и стекал в шлюзовую камеру 13. При этом давление в сушильно-пропиточной камере возрастало от 238 до 455 мм рт.ст. Далее включением калориферов 22 и вентиляторов 23 увеличили среднеобъемную температуру древесины с 80-ти до 90 градусов С, давление в сушильно-пропиточной камере подняли с 455 до 680 мм рт.ст. После чего, под воздействием давления паров растворителя, распыленная пропитывающая жидкость антипирен «Диафос-50Р» была окончательно втянута (вдавлена) во внутрь объема древесины в места, где ранее находилась связанная влага. При этом целевой компонент - антисептик (или антипирин) остался в порах древесины.
Операции вакуумирования, выдержки совместно с нагревом древесины под остаточным вакуумом, обдува ее теплоносителем составили 30-60 минут в зависимости от промежуточной влажности древесины. Затем, для растворения выкристаллизовавшегося антипирена, закрепления пропитывающей жидкости в порах древесины и более глубокой пропитки древесины провели дополнительную операцию пропитку водой, аналогично пропитке пропитывающей жидкостью антипиреном «Диафос-50Р». Один цикл операций позволил пропитать древесину сосны антипиреном на глубину 2-3 мм без изменения конечной влажности древесины. Для более глубокой пропитки древесины указанные операции повторили три раза и пропитали древесину на глубину 6-10 мм поперек волокон и на глубину 10-12 мм - вдоль волокон без увеличения влажности древесины. После завершения процесса сушки и пропитки при закрытых пневмоклапанах 8 и 9 открыли кран 19 и соединили сушильно-пропиточную камеру с атмосферой и создали в ней атмосферное давление. Калориферы и вентиляторы отключили. Для предотвращения возможных термических напряжений в древесине при резком снижении температуры наружных ее слоев при помощи выдержки температуру древесины в сушильной камере снизили до среднеобъемной температуры в 40-60 градусов и открыли сушильно-пропиточную камеру. Сухой пропитанный пиломатериал - древесину, находящуюся на тележке, выкатили по рельсам из камеры и отправили на склад.
Расположенные перпендикулярно продольной оси сушильно-пропиточной камеры осевые вентиляторы 23 при этом эффективно при помощи направляющих 28 распределяли потоки теплоносителя и распыленной пропиточной жидкости. Установка снаружи сушильно-пропиточных камер электродвигателей 23 вентиляторов позволила предотвратить циклическое воздействие вакуума, пара и пропитывающей жидкости на обмотку и подшипники электродвигателей, что в дальнейшем позволило обеспечить их надежную работу продолжительное время. Общее время сушки и пропитки доски сосны толщиной 50 мм составило 26,5 часов, в том числе время пропитки древесины сосны на глубину 5 мм по периметру доски за один цикл составило 30 минут, общее количество циклов пропитки 12. Влажность после пропитки и сушки - 10%. Количество антипирена «Диафоса-50Р» составило 62 кг на кубометр древесины.
Предложенный способ сушки и пропитки древесины не вызывает трудностей при его реализации и при промышленном использовании.
Входящие в установку стандартные узлы и агрегаты серийно изготавливаются, нестандартные могут быть изготовлены промышленностью.
Качество сушки и пропитки древесины обеспечивалось предлагаемыми технологическими операциями. При этом готовая высушенная и пропитанная древесина соответствует требованиям, предъявляемым к древесине в деревообрабатывающей, мебельной, строительной и др. промышленностях.
1. Способ сушки и пропитки древесины, включающий операции по удалению свободной и связанной влаги, включающие чередование циклов продувки древесины теплоносителем, нагрева древесины до среднеобъемной температуры 80-100°С, вакуумирования, операции по пропитке древесины, отличающийся тем, что при проведении операций удаления свободной влаги из древесины во время вакуумирования, после каждого соединения объема ресивера с объемом сушильно-пропиточной камеры, загруженной древесиной, и в ресивере и в сушильно-пропиточной камере создают и поддерживают давление ниже и/или равное давлению паров жидкости древесины при данной температуре древесины, а после удаления свободной влаги и достижения в процессе сушки переходной влажности древесины от свободной к связанной, при создавшихся конечных параметрах вакуума и температуры древесины в сушильной камере, по крайней мере, один раз проводят распыление пропитывающей жидкости в паро-капельном состоянии с температурой ниже температуры древесины с последующей выдержкой при создавшемся давлении в сушильно-пропиточной камере в течение времени, необходимого для нагрева древесины до заданной температуры сушки, при этом соединение полости сушильно-пропиточной камеры, заполненной древесиной, с ресивером проводят скоростным соединением за время 0,1-0,5 с, после чего проводят операцию удаления из пропитанной древесины, внесенной за время пропитки влаги (растворитель, пропитывающая жидкость), путем воздействия на древесину вакуумом в течение 0,5-60 мин, при этом операции скоростного соединения при воздействии вакуумом, при распылении пропитывающей жидкости, выдержки при создавшемся давлении, повторяют до достижения необходимой глубины пропитки и заданной влажности древесины.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выдержку после распыления пропитывающей жидкости при создавшемся давлении в сушильно-пропиточной камере проводят при остаточном вакууме.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выдержку после распыления пропитывающей жидкости при создавшемся давлении в сушильно-пропиточной камере проводят при атмосферном давлении.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для увеличения глубины пропитки древесины другими пропитывающими жидкостями, например антипиреном или антисептиком, после пропитки древесины пропитывающим составом проводят, по крайней мере, одну дополнительную операцию - пропитку древесины водой или растворителем.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед соединением объема ресивера с объемом сушильно-пропиточной камеры с древесиной для сушки в ресивере создают давление 11-100 мм рт.ст.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что после соединения объема ресивера с объемом сушильно-пропиточной камеры, с находящейся в ней древесиной, в процессе пропитки или увлажнения проводят дополнительное удаление паро-капельной смеси и не сконденсированных паров из сушильной камеры и из ресивера за счет повышения глубины вакуума и в ресивере и в сушильно-пропиточной камере путем включения вакуумного насоса.
