Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ ПРИ ПОНИЖЕННОМ ДАВЛЕНИИ СРЕДЫ

Изобретение относится к технике сушки материалов из древесины с применением пониженного давления и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности для повышения скорости сушки пиломатериалов без растрескивания и коробления.

Известен способ сушки древесины посредством повышения и понижения давления воздуха в замкнутом объеме. При этом нагрев материала осуществляют токами высокой частоты, понижение давления ведут путем вакуумирования в несколько циклов. Давление повышают до 150-400 МПа по экспоненциальному закону, а снижают - по гиперболическому в течение 20-60 с. Одновременно с повышением давления воздуха проводят его нагрев с помощью нагревательных элементов, установленных в замкнутом объеме [АС СССР №861900, МКИ 3 F26B 5/04. Способ сушки капиллярно-пористых тел [Текст] / А.Б. Раймова, П.П. Вахонин, Н.И. Рыжков; №2816234/25-08; заявл. 23.11.77; опубл. 24.12.79; бюл. №12. - 4 с.].

Недостатком способа является его высокая энергозатратность.

Известен способ сушки древесины в сушильной камере, заключающийся в многократном чередовании циклов нагрева древесины теплоносителем до среднеобъемной температуры 80-100°C, отвода выделяющихся паров влаги, удаления свободной и связанной влаги, пропитки, создания вакуума (вакуумирования) в полости сушильной камеры, заполненной древесиной посредством ее соединения с ресивером за время 0,1-1,0 сек, выдержки в течение времени, достаточном для установления равновесного давления паров влаги в сушильно-пропиточной камере и ресивере, причем каждый цикл вакуумирования проводится скоростным вакуумированием при помощи ресивера, быстродействующих клапанов и трубопроводов с постоянным нагревом древесины в изолированной от атмосферы сушильной камере [Патент РФ 2400684, МПК. 7 F26B 5/04. Способ сушки древесины и устройство для его осуществления [Текст] / Абрамов Я.К., Веселов В.М. и др. Заявл. 27.02.2009, опубл. 27.09.2010; бюл. №2. - 4 с.].

К недостаткам данного способа можно отнести невозможность осуществления качественной сушки крупномерных сортиментов древесины (равномерная влажность высушенной древесины по сечению, отсутствие трещин, термических напряжений и короблений).

При сушке пиломатериалов обычно применяют режимы с повышающейся по ходу процесса жесткостью с целью рационализации процедуры обезвоживания. При этом в начальной стадии поддерживаются высокая степень насыщенности и низкая температура теплоносителя, затем при понижении влажности древесины температура агента сушки повышается, а степень насыщенности уменьшается. Такой характер изменения параметров сушильного агента обусловлен особенностями развития в древесине внутренних напряжений и требованиями сохранения целостности высушиваемых досок и заготовок.

По мнению заявителя, использование таких способов в вакуумных сушилках с контактным нагревом материала, где нет искусственного увлажнения, нецелесообразно из-за отсутствия агента сушки.

В качестве прототипа выбран способ сушки путем циклического нагрева древесины воздухом и последующего вакуумирования до прекращения понижения влажности материала [Патент РФ №2027126, МКИ 3 F26B 3/02. Способ сушки древесины [Текст] / А.И. Рассев, Д.М. Олексив; №92014163/06; заявл. 24.12.92; опубл. 20.01.95; бюл. №2. - 3 с.].

К недостаткам данного способа можно отнести значительную энергозатратность вследствие постоянной величины жесткости, что неоправданно удлиняет процесс и увеличивает расход энергии. Опыты авторов, проведенные с промышленными вакуумными кондуктивными камерами, установили, что расписание режима сушки древесины, содержащее десятки импульсных изменений состояния среды в камере одинаковой амплитуды и длительности, не снижает продолжительность сушки и не приводит к повышению ее качества.

Предлагаемое изобретение решает задачу обеспечения высокого качества высушиваемого материала, интенсификации процесса сушки и снижения расхода энергии на сушку.

Это достигается тем, что в способе сушки пиломатериалов (или древесины) при пониженном давлении среды, включающем циклическое нагревание древесины и последующее вакуумирование до прекращения снижения влажности сортимента, согласно изобретению пиломатериалы, размещенные между рядами нагревательных элементов, подвергают термообработке по многоступенчатому режиму, при этом жесткость теплоносителя на каждой ступени изменяют - осциллируют с постоянной для данной ступени амплитудой с числом осцилляций, зависящих от породы древесины и ее влажности, а максимальную температуру и давление среды на каждой ступени выбирают в соответствии с условиями вида

t₁>t₂<t₃<…<t_i и P₁<P₂>P₃>…>P_i,

где t_i - максимальная температура среды, °C; P_i - максимальное давление вакуума на i-й ступени, кПа,

причем продолжительность каждой ступени находится в прямой зависимости от текущей влажности древесины.

На первой ступени, когда интенсивно сохнут поверхностные слои, а влажность внутренних слоев остается неизменной, сушку ведут повторяющимися импульсами со следующими характеристиками. Для температуры нижний предел (пауза) - 55°C, верхний предел (импульс) - 85°C. Для давления вакуума нижний предел (пауза) - 60 кПа, верхний предел (импульс) - 40 кПа. На второй ступени, когда средняя влажность материала приближается к 50-40%, сушку проводят импульсами при более низкой температуре и давлении вакуума, что несколько замедляет внешний влагообмен и позволяет выровнять влажность внутренних и наружных зон сортимента. В этот период происходит удаление влаги с постоянной скоростью, однако зона высокого увлажнения сокращается, внутренний влагоперенос все более отстает от внешнего влагообмена. В связи с вышеизложенным для создания положительного температурного градиента и градиента влагосодержания, направленных изнутри к поверхности, на второй ступени сушки предлагается снижать температуру нагревателей до пределов 40-55°C, а давление вакуума приблизить к атмосферному до пределов 85-60 кПа. При этом испарение влаги с поверхности замедляется, наружные слои охлаждаются. В это же время внутренние слои из-за большой теплоемкости воды остаются более нагретыми. Такой режим поддерживают до достижения равновесной влажности древесины - точки насыщения волокна, когда в материале остается химически связанная влага (влага клеточных стенок), которая труднее поддается удалению из древесины. Для продвижения такой влаги к поверхности пиломатериала и ее испарения сушку проводят импульсами с увеличивающимися от ступени к ступени температурой и давлением среды в камере. Для выравнивания скорости испарения влаги с поверхности и скорости перемещения ее из внутренних слоев к наружным давление вакуума повышают с невысокой скоростью вплоть до достижения материалом равновесной влажности 20-15%. После этого существенно повышают температуру и давление вакуума до достижения материалом конечной влажности. График сушки по предлагаемому варианту приведен на чертеже, где W_мат - влажность высушиваемой древесины, %; Р_агента - давление вакуума, Па; Т_нагр - температура нагревательных элементов, °C; Т_нагр - температура высушиваемой древесины, °C.

Изобретение поясняется следующими примерами.

Пример 1. Сосна, 52×180×6000 мм, начальная влажность 85%, требуемая конечная влажность 8%.

1 ступень - температура древесины: нижний предел (пауза) - 65°C, верхний предел (импульс) - 75°C; давление вакуума: нижний предел (пауза) - 60 кПа, верхний предел (импульс) - 50 кПа, количество циклов - 4 шт. Влажность составит 50%. 2 ступень - температура древесины: нижний предел (пауза) - 45°С, верхний предел (импульс) - 55°C; давление вакуума: нижний предел (пауза) - 75 кПа, верхний предел (импульс) - 85 кПа, количество циклов - 5 шт. Влажность составит 30%. 3 ступень - температура древесины: нижний предел (пауза) - 65°C, верхний предел (импульс) - 75°C; давление вакуума: нижний предел (пауза) - 60 кПа, верхний предел (импульс) - 50 кПа, количество циклов - 3 шт. Влажность составит 20%. 4 ступень - температура древесины: нижний предел (пауза) - 75°C, верхний предел (импульс) - 85°C; давление вакуума: нижний предел (пауза) - 40 кПа, верхний предел (импульс) - 30 кПа, количество циклов - 4 шт.

Пример 2. Дуб, 42×120×4000 мм, начальная влажность 75%, требуемая конечная влажность 8%.

1 ступень - температура древесины: нижний предел (пауза) - 45°C, верхний предел (импульс) - 55°C; давление вакуума: нижний предел (пауза) - 60 кПа, верхний предел (импульс) - 50 кПа, количество циклов - 6 шт. Влажность составит 50%. 2 ступень - температура древесины: нижний предел (пауза) - 35°C, верхний предел (импульс) - 45°C; давление вакуума: нижний предел (пауза) - 75 кПа, верхний предел (импульс) - 85 кПа, количество циклов - 8 шт. Влажность составит 30%. 3 ступень - температура древесины: нижний предел (пауза) - 45°C, верхний предел (импульс) - 55°C; давление вакуума: нижний предел (пауза) - 60 кПа, верхний предел (импульс) - 50 кПа, количество циклов - 5 шт. Влажность составит 20%. 4 ступень - температура древесины: нижний предел (пауза) - 60°C, верхний предел (импульс) - 65°C; давление вакуума: нижний предел (пауза) - 40 кПа, верхний предел (импульс) - 30 кПа, количество циклов - 6 шт.

P>…>P,где t - максимальная температура среды, °C; Р - максимальное давление вакуума на i-й ступени, кПа,причем продолжительность каждой ступени находится в прямой зависимости от текущей влажности пиломатериалов.