Вакуумные сушильные камеры

Вакуумные компрессионные сушильные камеры автоклавного типа для высококачественной сушки и уникальной обработки древесины.

(сняты с производства)

Вакуумные компрессионные сушильные камеры автоклавного типа без сомнения являются шагом в будущее для деревообработки. Современные технологии сушки древесины не возможны без применения лесосушильных камер этого типа. В этой связи "Термотех" разработал и наладил производство вакуумных лесосушильных камер. В этих лесосушильных камерах реализованы передовые технологии и новаторские инженерские решения.

Принципиальная схема вакуумной компрессионной сушильной камеры.

1. Герметичная сушильная камера с термоизоляцией.
2. Устройство для размещения древесины.
3. Вентилятор.
4. Регулировочный клапан выпускного устройства.
5. Устройство для нагрева газовой среды.
6. Эстакада для загрузки и разгрузки пиломатериалов.
7. Электродвигатель привода вентилятора.

Вакуумная сушильная камера автоклавного типа.

Технология процесса сушки древесины в вакуумной компрессионной сушильной камере проста и объединяет в себе принципы сушки всех классических сушильных камер и передовые технологии, существующие на сегодняшний день. Сушильная камера добротна и надежна, в ней впервые используются вместе, все градиенты, влияющие на процесс качественной сушки пиломатериалов. Многофункциональна и универсальна может сушить пиломатериал по любой категории качества как обычная конвективная сушильная камера, но быстрее, может сушить круглые бревна без образования наружных и внутренних трещин, может изменить цвет древесины до неузнаваемости породы, снизит предел гигроскопичности древесины (т.е. уберет Ваши рекламации, связанные с сезонными колебаниями атмосферной влажности), высушит пиломатериал заданной криволинейной формы. Так как рабочие давления невелики, то они не входят в сферу инспекции Котлонадзора.

Особенности процесса сушки леса определяются механизмом перемещения влаги внутри материала, т. е. характером влагопереноса. При неравномерном распределении влаги внутри леса происходит ее движение в направлении пониженной влажности. Влага перемещается внутри материала под воздействием перепада влажности (градиента влагосодержания) по объему материала. Движение влаги также будет происходить, если существует перепад температуры (градиент температуры) по объему пиломатериала. Это движение будет происходить в сторону пониженной температуры. Чем сильнее прогрет пиломатериал, тем выше ее влагопроводность за счет снижения вязкости влаги в капиллярах.

В практике сушки леса под воздействием перепада температур возникает интенсивный поток влаги от более горячих зон к более холодным даже в тех случаях, когда холодная зона оказывается более влажной. Если во внутренних слоях пиломатериала имеется избыточное по сравнению с внешней средой давление, то под его воздействием влага в виде направленного потока пара движется в сторону более низкого давления, такое движение называется также молярным влагопереносом. Следовательно, третья причина движения влаги – перепад давления пара по объему леса (градиент давления).

Обобщенное уравнение влагопереноса имеет вид:

í = α'ρ₀(du/dx) -α'ρ₀δ(dt/dx) - b(dp/dx) , где

í - плотность потока влаги;

α' - коэффициент влагопроводности;

ρ₀ - плотность вещества в абс. сухом состоянии;

du/dx -градиент влагосодержания;

δ- термоградиентный коэффициент;

dt/dx - градиент температуры;

b - коэффициент молярного переноса;

dp/dx - коэффициент внутреннего избыточного по сравнению с внешней средой давления.

В условиях обычной конвективной сушки роль градиентов температуры и давления мала. Решающее значение здесь имеют коэффициент влагопроводности леса и градиент влагосодержания, возникающий при перепаде влажности на поверхности и внутри материала. Уравнение влагопереноса для конвективной сушки имеет вид: í = α'ρ₀( du/ dх). Увеличение перепада влажности на поверхности и внутри пиломатериала в конвективных сушильных камерах с целью ускорения процесса сушки увеличивает внутренние напряжения в материале, вызывает коробление и образование трещин, снижает его качество. Поэтому для качественной сушки леса перепад влажности должен находиться в диапазоне небольших значений, и, принимать более низкие значения при сушке до достижения точки насыщения волокон, и, более высокие, после достижения точки насыщения волокон. По вышеперечисленным причинам в конвективных сушильных камерах процесс сушки более продолжителен.

В вакуумных сушильных камерах используются градиент давления dp/dx и температурный градиент dt/dx. Численные значения температурного градиента невысоки, основные функции выполняет градиент давления dp/dx и этим объясняется уменьшение времени сушки древесины в 3-4 раза в вакуумых сушилках относительно конвективных сушильных камер.

Наиболее перспективным с точки зрения интенсификации процесса сушки является молярный влагоперенос под действием избыточного давления. При интенсивном нагреве древесины в высокотемпературном процессе, температура высушиваемого материала достигает температуры выше точки кипения воды при данном давлении и температуре окружающей древесину среды. Свободная влага внутри клеток и в межклеточных пространствах вскипает. При этом давление пара во внутренних зонах становится выше давления пара, находящегося внутри сушильной камеры, образуется перепад давлений, который гонит влагу к поверхности. За счет частичного испарения влаги температура поверхности древесины снижается ниже температуры ее кипения при данном давлении. Поле выкипания всей свободной влаги температура материала начинает повышаться, стремясь к температуре среды. В этот период основной причиной движения влаги является перепад влажности по толщине пиломатериала.

На основании опытов, проведенных в институте технологии древесины и материалов волокнистого строения Dr.F/Walter из Германии пришел к убеждению, что древесину, высушенную высокотемпературной сушкой, можно рассматривать как равноценную по показателям прочности. Во многих научных статьях некоторые авторитетные ученые предлагают производить термообработку древесины при температуре до 180°С с целью гидрофобизации древесины и повышения ее прочностных характеристик. Оказывается влагопоглащение древесиной, высушенной при разных температурах неодинаково. Древесина, высушенная при разных температурах, при выдерживании в одинаковых температурно-влажностных условиях стабилизируется при разном влагосодержании. Это будет интересно производителям дверных и оконных рам, паркета. Например: два совершенно идентичных бруска дерева высушенных низкотемпературной сушкой и высокотемпературной всего до 120°С, до одинаковой конечной влажности. При выдерживании в воздухе с относительной влажностью 85%, стабилизация наступает при влагосодержании соответственно - 19.5% и 13.7%.

Сегодня уже все слышали о финском товарном знаке Termo Wood^®. Рабочие температуры в сушильных камерах этой фирмы от 180 до 230°С. При этих температурах изменяются химические свойства древесины (пластификация) - ее устойчивость по отношению к разным физическим, химическим и биологическим воздействиям заметно увеличивается, а кроме того, сам материал приобретает несвойственную ему тропическую окраску по всему объему. При этом используется только тепловая энергия, пар и свежая вода - и никаких химикатов. Этим способом обрабатываются цельные бревна, используемые для строительства срубов. Материал Termo Wood^® имеет следующие отличительные особенности: уменьшенное набухание и усадка (традиционные побочные явления при изменении влажности); повышенное качество окон и дверей; значительно повышенное качество паркета; улучшенная биостойкость (процесс размножения бактерий - гниения останавливаются); отсутствие ядовитых веществ (важно для производителей детских игрушек и мебели); отсутствие износа краски на краях мебели (не надо подкрашивать).

Высокотемпературная сушка древесины проводилась в России и ранее, когда требовалось сократить в 1,5-2 раза продолжительность процесса. В ГОСТе 19773-84 пункт 4.6 дословно: "Сушку высокотемпературными режимами используют в случаях, когда допустимо снижение прочности и потемнение древесины". В данном случае речь идет об обычной высокотемпературной конвективной сушке древесины при атмосферном давлении.

Нанесение теплоизоляционного пенополиуретанового покрытия вакуумной компрессионной сушильной камеры.

Научными сотрудниками Воронежского лесотехнического института еще в 1989 году разработана технология высокотемпературной сушки древесины в среде переменного давления сушильного агента. При использовании этой технологии, не снижаются показатели прочности и другие физико-механические качества древесины. Установлены верхние значения температуры и давления сушильного агента в камере сушки. Данный способ значительно сокращает время сушки древесины, сохраняет форму и целостность заготовок при высоком качестве сушки. В сушильной камере воронежских специалистов давление снижалось до атмосферного, и далее цикл повторялся с нагревом и поднятием давления, иначе интенсивность потока удаляемой влаги замедлялась. Чтобы увеличить эффективное время вывода влаги и снизить энергозатратную составляющую, специалисты нашего предприятия давление снизили ниже атмосферного. Причем не использовали для этого специальных насосов для вакуумирования. Получилась вакуумная компрессионная сушильная камера.

Контрольные испытания дали прекрасные результаты, продолжительность сушки определенных сортиментов относительно конвективных сушильных камер снизилась в 5-6 раз. Появились возможности получения пиломатериалов, аналогичных Termo Wood^®. Снизилась энергоемкость процесса. В отличие от конвективных низкотемпературных сушильных камер, процесс сушки древесины в вакуумно-компрессионной камере происходит без воздухообмена с внешней средой, т.е. без выброса отработанного пара в атмосферу. При проектировании вакуумно-крмпрессионной сушильной камеры перед коллективом разработчиков "Термотех" становилась задача интенсифицировать процесс сушки древесины в безопасных режимах путем максимального использования градиентов температуры, влагосодержания и избыточного давления. Интервал рабочих давлений (абсолютное) в пределах 0,8-1,6 МПа, интервал рабочих температур 100-160°С без фаз нагрева и кондиционирования.

Принцип работы сушильной камеры следующий. В процессе рабочего цикла постоянно повышается температура, т.е. увеличивается влагоемкость сушильного агента. Соотношение увеличения влагоемкости сушильного агента и влагосъема с пиломатериала, регулируются автоматически. В это время сушка древесины происходит в основном под воздействием перепада влажности (градиента влагосодержания) и коэффициента влагопроводности. Одновременно с подъемом температуры (увеличением влагоемкости сушильного агента), чтобы выдержать условия безопасности режима сушки, растет давление сушильного агента, повышающее точку кипения влаги при данной температуре. При достижении заданных параметров равновесной влажности древесины, в среде перегретого пара при повышенном давлении согласно диаграмме равновесной влажности древесины для атмосферного давления и выше (РТМ) или таблице (Равновесная влажность древесины в среде перегретого пара при повышенном давлении Уголев Б.Н. Древесиноведение) подача тепла в сушильную камеру прекращается.

Равновесная влажность древесины, %, в среде перегретого пара при повышенном давлении

Давление, МПа	Температура,°С
	115	120	130	140	150	160
0,15	9,5(0,85)	7,4(0,73)	4,9(0,55)	3,5(0,40)	2,4(0,31)	1,5(0,23)
0,20	-	13,8(1,0)	6,7(0,72)	4,6(0,55)	3,1(0,41)	2,1(0,31)
0,30	-	-	-	7,1(0,82)	4,6(0,61)	3,4(0,48)

Примечание. В скобках указаны значения степени насыщенности пара φ.

До этого момента сушильная камера работала как обычная конвективная сушка за исключением: высокой температуры - ускоряющей процесс сушки и отсутствия влагообмена с внешней средой, за счет повышения влагоемкости среды внутри сушильной камеры. В это время автоматически включается конденсационная установка, которая по заданной программе, согласно данного сортимента древесины снижает температуру, давление и влажность сушильного агента. Скорость снижения температуры и давления зависит от толщены и породы древесины. Появляется перепад давлений внутри древесины и окружающей ее среды. Свободная влага, частично испаряясь, частично минуя фазу испарения, выдавливается из древесины за счет внутреннего давления. За счет снижения температуры поверхности пиломатериалов в работу включается перепад температуры (градиент температуры). Сушильная камера работает как обычная вакуумная камера, только несколько интенсивнее за счет более высоких температур. Образующий при этом конденсат при достижении определенного уровня автоматически сливается. Давление при этом в сушильной камере падает. Сначала до атмосферного давления, затем мановакууметр начинает показывать давление ниже атмосферного. При этом не тратится энергия на создание разряжения, процесс происходит по классическим законам тернодинамики. Так как влажность сушильного агента поддерживается на уровне равновесной, согласно задания конечной влажности древесины, происходит процесс кондиционирования, или выравнивания влажности древесины как в объеме одной доски, так и в объеме всего штабеля.

В связи с тем, что большинство предпринимателей, занимающихся деревообработкой, базируются на площадях, не имеющих котельных с высокотемпературным теплоносителем, в базовом варианте мы выпускаем вакуумные компрессионные камеры с аэродинамическим принципом нагрева, т.е. работающие от электроэнергии. Но если на Вашей территории имеется паровая котельная, и сезонность ее работы Вас устраивает, мы изготовим сушильную камеру по Вашим техническим требованиям.

Сушильные камеры могут быть изготовлены объемом от 1м³ до 8м³ условного пиломатериала. Рекомендуется использовать на деревообрабатывающих с ограниченными производственными площадями, большим ассортиментом пиломатериалов подлежащих сушке и высокими требованиями, предъявляемыми к качеству сушки пиломатериала.

Вакуумные компрессионные сушильные камеры выпускаются следующих исполнений:

• нагревом теплоносителя паровым котлом; фотогалерея комплектующих для вакуумной компрессионной сушильной камеры с паровым котлом.
• автоклавы, работающие в зоне повышенных давлений.

Основные понятия по сушке древесины в вакуумных компрессионных сушильных камерах.

• Влажность, влагоемкость, точка росы воздуха.
• Сушка древесины, градиенты - влияющие на влагоперенос.
• Влияние температуры на проницаемость древесины газами.
• Изменения в микроструктуре древесины при нагревании.
• Свойства перегретого водяного пара как агента сушки.
• Сущность высокотемпературной сушки древесины.
• Принцип работы вакуумной компрессионной сушильной камеры.
• Термодревесина.