Технология импульсной сушки пиломатериалов

Одной из наиболее актуальной проблем развития современного деревообрабатывающего производства является разработка оборудования и технологий, предусматривающих экономию тепловой и электрической энергии. Это обусловлено тем, что цены на традиционные энергоносители (природный газ, нефтепродукты, электроэнергию) неуклонно повышаются, что неизбежно ведет к повышению издержек производства и, соответственно, снижению прибыли, получаемой предприятиями. В конечном итоге это отражается на потребителе, который вынужден платить все большую цену за изделия из древесины.

Неотъемлемой операцией в подавляющем большинстве технологических процессов деревообработки является сушка древесины. Доля затрат энергии на сушку составляет 75. 80% общих энергетических затрат на технологический процесс.

Путями снижения энергетических затрат на сушку являются:

— отказ от традиционных источников тепловой энергии и переход на использование для этой цели отходов деревообработки;

— утилизация тепловой энергии отработавшего сушильного агента;

— совершенствование конструкций сушилок (разработка новых конструктивных схем, снижение материалоемкости, повышение качества тепло-гидроизоляции, применение более совершенного циркуляционного оборудования и пр.);

— разработка новых технологий сушки, позволяющих снизить затраты тепловой и электрической энергии.

Рассмотрим подробнее каждое из этих направлений.

Отказ от традиционных источников тепловой энергии. Количество отходов (опилки, стружка, рейки и другие кусковые отходы) на деревообрабатывающих производствах, в зависимости от его типа и вида выпускаемой продукции, составляет от 35 до 75%. Их наибольшее количество имеет место на предприятиях с полным технологическим циклом. Рациональный путь их утилизации состоит в получении тепловой энергии путем сжигания. При этом один килограмм древесины при сжигании дает, в зависимости от ее влажности, от 2,5 до 5,0 кВт-ч тепловой энергии. Отходы, в количестве 30.35% от их общего объема, полностью обеспечивают потребность тепловой энергии на сушку пиломатериалов. Добавив к тому, что древесина является экологически чистым и возобновляемым источником энергии, можно считать, что при существующих ценах на другие энергоносители (таблица 1), древесные отходы являются безальтернативным источником тепла для деревообрабатывающих предприятий.

Таблица 1 — Цены на различные источники тепловой энергии (данные кафедры сушки и защиты древесины МГУЛ, 2009 г.).

Источник тепловой энергии Цена 1 кВт-ч тепловой энергии на сушку, руб.

Электроэнергия 2,0.3,0.

Технологический водяной пар (от ТЭЦ) 0,5.0,7.

Природный газ 0,18.0,25.

Отходы деревообрабатывающих производств 0,09.0,12.

Утилизация тепловой энергии. На подавляющем большинстве деревообрабатывающих предприятий сушка пиломатериалов осуществляется в конвективных сушильных камерах. Расход тепловой энергии на сушку в них, в зависимости от состояния камер, характеристики высушиваемых пиломатериалов колеблется от 1,0 до 1,5 кВт-ч на один кг испаренной из древесины воды, причем только 0,3.0,8 кВт-ч/кг являются затраченными безвозвратно (тепло, израсходованное на нагревание древесины, и тепловые потери через ограждения). Тепловая энергия, затраченная на испарение влаги из древесины, равная 0,7.0,9 кВт-ч/кг может и должна быть утилизирована. Это достигается применением рекуператоров, которые дают экономию тепловой энергии до 20% при сушке пиломатериалов низкотемпературными режимами. Наибольшую экономию дают тепловые насосы с открытым контуром, исследование и разработка которых ведется на кафедре сушка и защита древесины МГУЛ (А.И. Расев, C.B. Кучер) [38, 40]. Особенность работы таких насосов в отличие от компрессорных, состоит в том, что в качестве рабочей жидкости используется не фреон, а вода. Вода, циркулируя в замкнутом контуре, аккумулирует тепловую энергию, выделившуюся в конденсаторе, установленном внутри сушильной камеры пиломатериалов, и численно равную расходу тепла на испарение влаги из высушиваемого материала. Эта энергия затем в том же количестве передается по назначению. В частности, она может быть использована для обогрева производственных и бытовых помещений, нагрева воды для технологических и бытовых нужд. Очень эффективно возвращенная энергия используется в специальных камерах для досушки пиломатериалов. Практика показала, что расход тепловой энергии на сушку пиломатериалов в этом случае снижается вдвое, что примерно на 50% больше, чем в классических конденсационных сушилках, снабженных компрессионными тепловыми насосами.

Совершенствование конструкций сушилок. Мировая практика конструирования и строительства сушильных камер показывает, что в настоящее время наиболее распространены сборные конструкции, состоящие из «сэндвич» — панелей, имеющих вполне удовлетворительную теплогидроизоляцию, не требующие глубокого заложения фундаментов, снабженные формоустойчивы-ми дверями с надежной гидроизоляцией. Камеры имеют достаточно мощную систему циркуляции сушильного агента, оборудованную осевыми вентиляторами с электродвигателями, расположенными внутри камеры. Системы автоматического регулирования процесса сушки большинства современных сушилок имеют обратную связь, означающую, что состояние сушильного агента в камере изменяется в зависимости от результатов непрерывного измерения текущей влажности пиломатериалов.

Снижение энергетических затрат в этом направлении достигается косвенно, за счет уменьшения стоимости сушильных камер. Это осуществляется за счет разработки нетиповых (индивидуальных) проектов, применительно к конкретному предприятию, с учетом его особенностей, использованием для ограждений местных строительных материалов, применения отечественного теплового и циркуляционного оборудования, а также систем автоматического регулирования. В этом направлении кафедра сушки и защиты древесины под руководством проф. Расева А. И. успешно работает уже более 20 лет [36, 39]. Последние 15 лет автор настоящей работы активно участвует в разработке и монтаже систем автоматического регулирования процесса сушки, пусковых испытаниях сушильных камер [10, 11, 17, 19], построенных по проектам кафедры. Практика строительства сушильных камер по нетиповым проектам, с использованием местных строительных материалов, показала, что их стоимость в 1,5. .2,5 раза ниже покупных сушильных камер.

Разработка новых технологий. Разработанные ранее технологии сушки и узаконенные в виде Государственных стандартов и Руководящих материалов по камерной сушке древесины [2, 3, 41] базировалась на использовании в качестве энергоносителя технологического водяного пара. Однако, как вновь создаваемые, так и модернизируемые предприятия, как правило, не имеют пара. Использование для целей сушки электрической энергии, как альтернативного источника, весьма проблематично, по причине ее высокой стоимости. Следовательно, эти технологии не могут быть реализованы и подлежат пересмотру.

Существовавшие стандартные режимы, по мнению автора, нельзя рассматривать как наиболее целесообразные из возможных режимов. Должны быть стандартизованы не режимы сушки, а показатели качества сушки пиломатериалов. Тогда это дает каждому исследователю, каждому производственнику-сушильщику возможности для изыскания новых путей повышения качества сушки и увеличения производительности камер.

В частности, на базе стандартных режимов сушки разработаны новые режимы [38, 39]. Они отличаются от стандартных тем, что температура сушильного агента не превышает 75 °C даже на последних ступенях режимов. Такой уровень температуры обусловлен тем, что температура греющей воды в теплообменниках камер не превышает 95 °C, а также тем, что обеспечивается устойчивая работа электродвигателей циркуляционных вентиляторов, установленных внутри камеры. Кроме того, при такой температуре полностью сохраняется природная прочность древесины. Разработанные режимы (далее по текстурежимы МГУЛ) вошли в учебники [17, 38, 39] и Технологическую инструкцию по проведению сушки пиломатериалов, составленную на кафедре и рассылаемую по запросам предприятий.

Для проведения начальной обработки и влаготеплообработки стандартными технологиями предусматривалось увлажнение сушильного агента водяным паром. Такое увлажнение, с точки зрения энергосбережения, является затратным процессом. При прогреве или влаготеплообработке рекомендуется повышать температуру в камере на несколько градусов, при одновременном увеличении влажности сушильного агента. Для того чтобы это обеспечить, тепловая мощность установки N—> оо. Поскольку реально это недостижимо, то рекомендованные режимы выполнялись лишь частично, но при громадном перерасходе пара. Такое же самое наблюдается при попытке увлажнить сушильный агент распыленной водой при температуре сушильного агента (t = const). Вода подается в избыточном количестве, температура в камере уменьшается, а требуемого повышения влажности не происходит.

По новой технологии рекомендуются режимы начального прогрева и кондиционирования (по новой технологии влаготеплообработка не проводится), которые предусматривают обработку сушильного агента распыленной водой при / = const (адиабатический процесс). Увлажнение сушильного агента в этом случае проходит при существенном снижении затрат на тепловую энергию.

Экономию тепловой и в значительной степени электрической энергии обеспечивает способ импульсной конвективной сушки пиломатериалов. Такой способ известен относительно давно, но под различными названиями: способ сушки пиломатериалов «перемежающимися» режимами [32], способы сушки осциллирующими [30, 31], «прерывистыми» [25] и импульсными [37] режимами. Эти способы объединяет регулярное циклическое изменение температуры материала, при котором за периодом повышения температуры следует период ее понижения. Циклическое изменение температуры позволяет в периоде охлаждения дополнительно использовать такую движущую силу процесса как термовлагопро-водность, которая при определенных условиях может быть более эффективной, чем влагопроводность. Циклическое изменение температуры непосредственно связано с импульсным подводом тепловой энергии к высушиваемому материалу. Поэтому нами было решено назвать такой способ — импульсной сушкой.

Начало разработки и производственного внедрения технологии импульсной сушки пиломатериалов относится к 1991;92 гг., когда сотрудниками кафедры (А.И. Расев, Г. Н. Курышов и др.) был подан, а в 1995 г получен патент № 2 027 127 на этот способ. Начиная с 1992 г., к разработке режимов импульсной сушки и их внедрению в производство приступил автор этой работы, который в настоящее время возглавляет это научное направление на кафедре.

Данная работа в определенной степени подводит итог научной и производственной деятельности автора по импульсной конвективной сушке пиломатериалов.

Принцип импульсного подвода энергии был применен нами и для других способов сушки, таких как вакуумная, в электромагнитном поле ТВЧ или СВЧ [17, 36, 39]. Он показал свою эффективность, как в плане повышения качества сушки, так и снижения продолжительности процесса. Следует отметить, что вакуумная сушка пиломатериалов, обладая достоинством в существенном сокращении сроков сушки и высоком качестве высушенного материала, по сравнению с конвективной сушкой имеет более высокую себестоимость из-за высокой цены на оборудование и повышенных эксплуатационных расходов. Сушка в электромагнитных полях, имея те же достоинства, отличается, помимо высоких затрат на оборудование и эксплуатацию, повышенным расходом электроэнергии. Однако, в некоторых случаях, для оперативной сушки пиломатериалов и заготовок, при производстве изделий из древесины с большой добавленной стоимостью применение этих способов может быть вполне обоснованным. Исследования в этом направлении на кафедре сушки и защиты древесины МГУЛ продолжаются, но к настоящему времени не являются законченными.

В предлагаемой ниже работе было решено ограничиться результатами исследования импульсной конвективной сушки пиломатериалов.

Работа посвящена исследованию процесса импульсной конвективной сушки пиломатериалов, попытке обосновать уже имеющиеся режимы, провести их корректировку, в свете вновь раскрытых закономерностей наметить пути их дальнейшего применения в промышленности.

Целью работы является разработка технологии импульсной сушки пиломатериалов и обоснование эффективности ее применения в промышленности.

Задачами настоящей работы являются следующие:

— анализ физических явлений, имеющих место в процессе импульсной сушкивыявление особенности его протекания на стадиях «импульс» и «пауза" — изучение полей температуры и влажности материала на стадиях «импульс» и «пауза»;

— анализ развития сушильных напряжений при импульсной сушкевыявление особенности их развития на стадиях «импульс» — «пауза»;

— экспериментальное подтверждение явлений, имеющих место при импульсной сушке и выявленных при аналитическом рассмотрении процесса сушки в одном цикле;

— обоснование и разработка метода расчета режимных параметров процесса импульсной сушки: продолжительности стадии «импульс» и стадии «пауза» на базе анализа развития сушильных напряжений;

— разработка режимов импульсной сушки для пиломатериалов основных отечественных пород на основе расчетных данных и их проверка в условиях производстваразработка технологической инструкции по промышленной импульсной сушке;

— обоснование возможности определения влажности пиломатериалов в процессе сушки по состоянию сушильного агента;

— экономическое обоснование эффективности импульсной сушки.

Объектами исследований является пиломатериалы из древесины различных отечественных пород, в том числе мореного дуба, ряда тропических пород, физические процессы, происходящие при импульсной сушки, технология сушки и контроля влажности материала.

Предметом исследования является механизм процесса и сушильные напряжения в пиломатериалах при импульсной сушке на стадиях «работа» и «пауза», свойства древесины подвергавшейся импульсной сушке технология импульсной сушки пиломатериалов, включая режимы сушки и контроль их влажности.

Научной новизной обладают:

— физическая и математическая модель процесса импульсной сушки в цикле «импульс — пауза»;

— аналитическое решение уравнения влагообмена на поверхности древесины в процессе сушки, полученное независимо от коэффициентов внутреннего переноса влаги;

— физико-математическая модель поля влажности в гигроскопической зоне материала в цикле «импульс — пауза» на стадии нерегулярного режима;

— уравнения для расчета полей влажности в гигроскопической зоне на стадиях «импульс» и «пауза»;

— методика расчета продолжительности стадии «импульс», на базе анализа сушильных напряжений в поверхностной зоне сортиментаметодика расчета продолжительности стадии «пауза», на основе анализа внутреннего влагообмена в гигроскопической зонеметодика расчета эквивалентного коэффициента влагопроводности, учитывающего перенос влаги за счет градиента температурызависимость конечной влажности штабеля пиломатериалов от состояния сушильного агента в конце стадии «пауза».

Практическая значимость работы. Разработаны режимы импульсной сушки пиломатериалов из древесины основных отечественных пород и ряда тропических пород (эбена, махагони, меранти, мирбау, ироко).

Разработан способ определения конечной влажности пиломатериалов в штабеле по состоянию сушильного агента в конце стадии «пауза».

Внедрение режимов обеспечивает снижение расхода электроэнергии на 50.70%, повышение качества высушиваемого материала, упрощение системы автоматического управления процессом сушки, повышение производительности сушильного оборудования примерно на 5%, снижение себестоимости сушки на 17.24%.

Достоверность полученных результатов подтверждается: использованием основных положений теории тепломассопереноса в процессах сушки древесинысовпадением результатов теоретических исследований с экспериментальными данными и результатами промышленного внедренияприменением современных методов планирования эксперимента и математической обработкой их результатовприменением современных информационных технологий при обработке экспериментальных данных.

Положения, выносимые на защиту: физическая и математическая модель процесса импульсной сушки в цикле «импульс — пауза»;

— физико-математическая модель поля влажности в гигроскопической зоне материала в цикле «импульс — пауза» на стадии нерегулярного режима;

— уравнения для расчета полей влажности в гигроскопической зоне на стадиях «импульс» и «пауза»;

— методика расчета продолжительности стадии «импульс», на базе анализа сушильных напряжений в поверхностной зоне сортимента;

— методика расчета продолжительности стадии «пауза», на основе анализа внутреннего влагообмена в гигроскопической зоне;

— способ определения конечной влажности пиломатериалов в штабеле по состоянию сушильного агента в конце стадии «пауза».

Личный вклад соискателя. Автором разработана физическая и математическая модель процесса импульсной сушки в цикле «импульс — пауза». Получено аналитическое решение уравнения влагообмена на поверхности древесины в процессе сушки, не связанное с коэффициентами внутреннего переноса влаги. Разработана физико-математическая модель поля влажности в гигроскопической зоне материала в цикле «импульс — пауза» на стадии нерегулярного режима. Получены уравнения для расчета полей влажности в гигроскопической зоне на стадиях «импульс» и «пауза».

Разработаны методики расчета продолжительности стадии «импульс» и «пауза». Разработаны режимы импульсной сушки пиломатериалов из древесины основных отечественных и ряда тропических пород.

Внедрена технология импульсной сушки на ряде предприятиях лесопиль-но-деревообрабатывающих производств.

Апробация работы. Основные результаты и научные положения, изложенные в диссертационной работе, докладывались: на научно — технических конференциях: преподавателей и аспирантов МГУЛ (2007, 2009;2011 гг.), IV Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии СЭТТ — 2011 Москва, 2011).

Реализация работы. Технология импульсной сушки пиломатериалов в настоящее время общепринята специалистами предприятий лесопильно-деревообрабатывающей промышленности. Промышленное внедрение осуществлено на множестве деревообрабатывающих предприятий страны. Наиболее крупными являются: ООО «Гусевский леспромхоз» г. Гусь-Хрустальный, ЗАО «Тотемлес» г. Тотьма, Грибановский ДОК, п. Грибановка, ООО «ВМК» г. Вязники, ООО «ФОРЕСТ 2007» г. Суземка Брянской области, «Стройдеталь» г. Чехов, «Массив-мебель» г. Тула, «Буймебель» г. Буй, Костромской обл., фирмах «Дубрава» г. Лобня, «KAMOIL» г. Таллин, «AMT» п. Лесной Мое. обл., «Астро Трейд» г. Одинцово, ИЧП «Шалин» г. Малоярославец, ООО «Промле-сторг» г. Воронеж, «Термосвязь» г. Дмитров, «Атон» г. Красноармейск и многие другие.

Результаты работы внедрены в учебный процесс в виде лекций и лабораторной работы для студентов спец. 250 300 (магистратура), нашли отражение в ряде учебников и учебных пособий, использованы при проведении производственных практик.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии и приложений.

5.5. Выводы по главе.

Производственная проверка разработанных режимов проводилась на экспериментальной промышленной установке лаборатории кафедры сушки и защиты древесины и в сушильных камерах УПМ МГУЛ. Анализ проведенных сушек подтвердил эффективность импульсной сушки пиломатериалов. Определены основные критерии оценки эффективности импульсной сушки. К ним относится повышение качества сушки и снижение расхода электроэнергии на проведение сушки по сравнению с классической сушкой. Результаты сушек свидетельствуют, что в большинстве случаев качество сушки соответствовало I категории качества. Расход электроэнергии снизился в зависимости от толщины и породы древесины на 50.60%.

В связи с мнениями отдельных ученых о возможном снижении прочностных показателей при воздействии на древесину циклических изменений сушильного агента проведены сравнительные испытания древесины (на примере древесины березы) на основные механические и эксплуатационные показатели (прочность древесины на изгиб, на сжатие вдоль волокон, ударную вязкость и твердость). Испытания проводились на парных образцах (1 серия), путем сравнения прочностных показателей древесины прошедшей как импульсную, так и классическую сушку. Кроме того, были взяты образцы методом случайных выборок из двух штабелей, также подвергавшихся классической и импульсной сушки. Анализ проведенных исследований показал что снижение прочностных показателей по всем видам испытаний отсутствует.

Подтвердилась выявленная ранее зависимость состояния сушильного агента в конце стадии «пауза» от влажности древесины. Наиболее достоверная связь обнаруживается в конце процесса сушки. В результате обработки результатов опытов установлено, что при средней влажности пиломатериалов более 11% точность измерения находится в диапазоне, превышающей допустимые отклонения отдельных досок для 1. Ш категорий качества сушки. С достаточной для производства точностью конечная влажность может быть определена в диапазоне от 6 до 11%. Дана методика определения средней влажности пиломатериалов от состояния сушильного агента в конце стадии «пауза».

Проведена оценка эффективности импульсной сушки по снижению ее себестоимости по сравнению с классической сушкой. Показано, что для условного материала снижение себестоимости составляет около 17%. Для пиломатериалов из древесины твердых лиственных пород снижение себестоимости сушки может доходить до 24%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Анализ литературных источников, производственный опыт работы кафедры в области импульсной сушки пиломатериалов позволил наметить основные задачи исследования. Дальнейшая разработка технологии импульсной сушки велась на более углубленном изучении механизма импульсной сушки, анализа развития сушильных напряжений. Результаты такого изучения позволяли научно обоснованно разрабатывать новые режимы импульсной сушки, внести коррективы в уже существующие, построенные на экспериментальной основе.

Рассмотрены физические явления, которые имеют место в цикле «импульс — пауза». Показан характер изменения полей температуры и влажности на поверхности и в центре древесной пластины на стадиях «импульс» и «пауза». Отмечается, что имеет место положительный температурный перепад и как следствие его — движение влаги к поверхности под действием градиента температуры, что обеспечивает перенос влаги из центральных в поверхностные зоны. Происходит увлажнение поверхности за счет влаги поступившей из центральных зон. За счет резкого снижения интенсивности испарения возрастает влажность на поверхности.

Изучена особенность влагообмена на поверхности высушиваемого древесинного сортимента. Сделана попытка определить величину коэффициента влагообмена в зависимости от основных факторов аналитическим путем, не прибегая к общепринятой методике определения этого коэффициента. Дано объяснение причины снижения величины коэффициента влагообмена при пониженной степени насыщенности сушильного агента.

Проведен анализ развития сушильных напряжений на стадиях цикла. Показано, что на стадии «импульс» сушильные напряжения развиваются также как при классической сушке. На стадии «пауза» за счет увлажнения поверхностной зоны происходит смена знака влажностных напряжений, что приводит к уменьшению остаточных деформаций, а в конечном итоге к снижению полных напряжений, возникших на стадии «импульс».

Установлено, что на стадии «импульс» сушка проходит в нерегулярном режиме. На базе анализа уравнений, характеризующих процесс сушки, получено уравнение, для расчета поля влажности в гигроскопической зоне. Получено уравнение, которое позволяет определить глубину гигроскопической зоны в зависимости от продолжительности стадии «импульс». Получено уравнение, с помощью которого рассчитывается глубина гигроскопической зоны, при которой влажность на поверхности становится равной равновесной влажности. Показано, поверхностная влажность становится равной равновесной уже на первых циклах импульсной сушки.

Получено уравнение, позволяющее рассчитать величину поверхностной влажности после окончания стадии «пауза».

На основе полученных уравнений разработана методика расчета сушильных напряжений, возникающих на стадии «импульс». Проведенный расчет напряжений на стадиях «импульс» и «пауза» подтвердил принятую ранее схему развития напряжений в цикле.

Высказано предположение, что на конечной стадии процесса сушки возможно оценить величину конечной влажности пиломатериалов по состоянию сушильного агента в конце стадии «пауза» .

Анализ результатов проведенных опытных сушек, моделирующих сушильные циклы на различных этапах процесса сушки, подтвердил достоверность разработанной физической модели процесса сушки в импульсе.

Характер изменения полей температуры на поверхности и в центре древесной пластины на стадиях «импульс» и «пауза», полученный экспериментально, в целом совпадает с результатом аналитического изучения процесса. Наиболее важным следует отметить наличие положительного температурного перепада на стадии «пауза», что подтверждает появление потока влаги к поверхности под действием градиента температуры.

Наличие двух движущих сил процесса (градиента температуры и влажности) на стадии «пауза» обеспечивает более интенсивный перенос влаги из центральных в поверхностные зоны, по сравнению с классической сушкой. При ограниченной способности испарения влаги с поверхности происходит перемещение влаги к поверхности из центральных зон. За счет резкого снижения интенсивности испарения (соц —> 0) это ведет к повышению влажности на поверхности в конце паузы, по сравнению с моментом окончания импульса, что полностью подтверждено экспериментально. В среднем влажность на поверхности вырастает в 1,35 раза.

Экспериментально подтверждено существенное уменьшение остаточных деформаций и, соответственно, снижение напряжений в поверхностных слоях высушиваемого материала на стадии «пауза». По результатам проведенных опытов остаточные деформации снижаются в среднем в 2,2 раза. Примерно во столько же раз снижаются остаточные напряжения. По результатам расчета напряжений при условиях проведения цикла «импульс-пауза» (см. пример расчета в п. 2.5) это соотношение примерно равно 4,5. Учитывая, что дисперсия по результатам опытов весьма значительна, а полученная величина лежит в доверительном интервале, то полученный результат можно рассматривать как положительный.

Установлено соотношение количества удаляемой влаги на стадиях «импульс» и «пауза», которое зависит от влажности пиломатериалов. В начале сушки при высокой влажности древесины количество удаленной влаги на стадии «пауза» относительно невелико и составляет 5−15% что связано с высокой степенью насыщенности сушильного агента на стадии «пауза» и малой интенсивностью влагообмена. В середине и к концу процесса эта величина возрастает до 30−35%. это означает, что при пониженной влажности древесины степень насыщенности сушильного агента заметно снижается, а его сушильный потенциал возрастает, а интенсивность сушки на стадии «пауза» возрастает.

Установлены основные параметры режимов импульсной сушки пиломатериалов.

Окончательно определены основные параметры режимов импульсной сушки пиломатериалов.

На стадии «импульс» параметрами режима сушки являются температура сушильного агента I °С и продолжительность стадии тим. Высший уровень температуры установлен равным 75 °C. Такая температура, с одной стороны, соответствует реально достижимой в сушильных камерах, а с другой — обеспечивает полное сохранение природной прочности древесины.

Продолжительность стадии «импульс» тим определяется из условий, при которых развивающиеся напряжения не превышали предела прочности.

Для расчета этого параметра разработана методика, в соответствии с которой первоначально рассчитываются напряжения, развивающиеся в поверхностной зоне при различном состоянии сушильного агента при заданных значениях глубины гигроскопической зоны хгдалее устанавливается глубина хгк этой зоны, при которой напряжения в поверхностной зоне будут безопасными для целостности материала (критерий безопасности Би = 1,0) — затем рассчитывается продолжительность процесса, требуемая для образования гигроскопической зоны толщиной хгк. Полученная величина принимается за режимный параметртим для пиломатериалов той толщины и породы для которой делался расчет.

На стадии «пауза» режимным параметром, как отмечалось выше, является продолжительность этой стадии тпа.

Разработана методика расчета этого параметра. Первоначально определяется влажность на поверхности материала в момент окончания паузыдалее рассчитывается продолжительность тпа, требуемая для достижения полученной поверхностной влажности.

Для расчета продолжительности этой стадии получено уравнение для расчета локальной влажности на поверхности на базе известных решений уравнений теплопроводности, трансформированных для анализа процессов массообмена. Кроме того, потребовалось разработать методику определения эквивалентного коэффициента влагопроводности а’ж, учитывающего явление термо-влагопроводности в период стадии «пауза».

Методики, разработанные для определения режимных параметров, позволили рассчитать режимы импульсной сушки для основных отечественных пород.

Разработаны режимы кондиционирования, которые преследуют цель, как снижения сушильных напряжений в пиломатериалах, так и выравнивания в них влажности.

Показано, что наиболее экономичным процессом увлажнения сушильного агента является адиабатический процесс. Однако в конце процесса сушки, из-за недостаточного количества влаги в древесине, в сушильное пространство камеры для повышения степени насыщенности требуется подача распыленной воды.

Производственная проверка разработанных режимов проводилась на экспериментальной промышленной установке лаборатории кафедры сушки и защиты древесины и в сушильных камерах УПМ МГУЛ. Анализ проведенных сушек подтвердил эффективность импульсной сушки пиломатериалов. Определены основные критерии оценки эффективности импульсной сушки. К ним относится повышение качества сушки и снижение расхода электроэнергии на проведение сушки по сравнению с классической сушкой. Результаты сушек свидетельствуют, что в большинстве случаев качество сушки соответствовало I категории качества. Расход электроэнергии снизиля в зависимости от толщины и породы древесины на 50−60%.

В связи с мнениями отдельных ученых о снижении прочностных показателей при воздействии на древесину циклических изменений сушильного агента проведены сравнительные испытания древесины (на примере древесины березы) на основные механические и эксплуатационные показатели (прочность древесины на изгиб, на сжатие вдоль волокон, ударную вязкость и твердость).

Испытания проводились на парных образцах (1 серия), путем сравнения прочностных показателей древесины прошедшей как импульсную, так и классическую сушку. Кроме того, были взяты образцы методом случайных выборок из двух штабелей, также подвергавшихся классической и импульсной сушки. Анализ проведенных исследований показал, что снижение прочностных показателей по всем видам испытаний отсутствует.

Подтвердился выявленная ранее зависимость состояния сушильного агента в конце стадии «пауза» от влажности древесины. Наиболее достоверная связь обнаруживается в конце процесса сушки. В результате обработки результатов опытов установлено, что при средней влажности пиломатериалов более 11% точность измерения находится в диапазоне, превышающей допустимые отклонения отдельных досок для 1-Ш категорий качества сушки. С достаточной для производства точностью конечная влажность может быть определена в диапазоне от 6 до 11%. Дана методика определения средней влажности пиломатериалов от состояния сушильного агента в конце стадии «пауза».

Проведена оценка эффективности импульсной сушки по снижению ее себестоимости по сравнению с классической сушкой. Показано, что для условного материала снижение себестоимости составляет около 17%. Для пиломатериалов из древесины твердых лиственных пород снижение себестоимости сушки может доходить до 24%.