ТЕХНОЛОГИИ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ

В странах с высокоразвитой деревообрабатывающей промышленностью получила широкое распространение вакуумная сушка. Сушка под вакуумом является одним из способов получения положительного температурного градиента. Если направить поток влаги, возникающий под действием термовлагопроводности в требуемом направлении, то можно повысить интенсивность процесса сушки без создания значительных перепадов влажности по толщине материала. Следовательно, сушка древесины за счет положительного градиента температуры получается не только более быстрой, чем конвективная, но и более качественной. При рабочем давлении в камере 10-20 кПа температура кипения воды не превышает 45-50 С – при этом реализуется легкий режим сушки, не повреждающий органику древесины. Это обеспечивает практически полное отсутствие микротрещин, т.е. высокое качество конечного продукта, недостижимое в процессе сушки при атмосферном давлении. В настоящее время налажен выпуск пресс-вакуумных камер для сушки пиломатериалов с использованием различных способов подвода тепла к древесине: горячей воды, СВЧ-нагрев, нагрев с помощью газообразного теплоносителя, нагрев с помощью контактных нагревателей и т. д. По результатам проведенных в МГУЛ (Московский Государственный Университет Леса) исследований высокое качество сушки обеспечивают пресс-вакуумные сушильные камеры. В основу технологии заложен принцип «импульсных» режимов. Процесс сушки складывается из последовательно чередующихся стадий нагрева древесины и ее вакуумирования. На стадии нагрева материал нагревается при атмосферном давлении. В этот период температура древесины повышается, что сопровождается испарением влаги с ее поверхности. Водяной пар, покинувший древесину, образует вокруг нее среду практически чистого насыщенного или перегретого пара. В результате этого влага удаляется при достаточно высокой влажности поверхности и, следовательно, малом ее перепаде по толщине материала. Это позволяет избежать значительных сушильных напряжений и больших остаточных деформаций. В период выдержки досок в вакууме, при удалении свободной влаги ее движение проходит под действием градиентов давления, влажности и температуры, а при влажности древесины ниже предела насыщения – градиентов влажности и температуры. Этим и обеспечивается высокая интенсивность пресс-вакуумной сушки. Число стадий «прогрев – вакуум» зависит от требуемой конечной влажности досок и позволяет получить влажность 6-8 %. Развитием данного метода сушки стала разработанная нами технология пресс-вакуумной сушки пиломатериалов, при которой прогрев древесины происходит в среде перегретого пара при отсутствии инертного газа в аппарате. Предложенная технология позволяет значительно ускорить сушку твердых пород древесины (например, дуба) без ущерба качеству пиломатериала. Таким образом, наиболее перспективной в области сушки древесины в настоящее время является пресс-вакуумная технология, позволяющая за максимально короткие сроки получать высушенную древесину отличного качества.

ПРЕСС-ВАКУУМНАЯ СУШКА ДРЕВЕСИНЫ

В пресс-вакуумных сушилках, помимо вакуума, используется эффект давления на штабель с усилием 8000-10000 кг/м2, которая создается с помощью специальной мембраны. Это позволяет применять более жесткие режимы сушки. Например, бук толщиной 32 мм высыхает в этих камерах до влажности 8% за 29 часов, а сосна толщиной 25 мм всего за 17 часов. Таким образом, вакуумная пресс-камера сушит в 8-10 раз быстрее обычных и особенно эффективна при сушке толстых заготовок из ценных пород дерева, которые при сушке в обычных камерах могут образовывать трещины. Кроме того, пресс- вакуумные камеры занимают немного места, не нуждаются в фундаменте и расходуют намного меньше тепла. Объем камер от 1м3 до 5м3 позволяет использовать их на предприятиях с небольшим суточным объемом переработки.

Пресс-вакуумная сушилка состоит из стальной камеры, которая внутри полностью герметична. Верх камеры закрыт эластичным резиновым покрытием в металлической рамке.

Доски укладываются внутрь камеры слоями, чередуясь с алюминиевыми нагревательными пластинами. Жидкостная вакуумная помпа обеспечивает вакуум внутри камеры. После того, как древесина загружена в сушильную камеру, оператор устанавливает на панели управления параметры сушки:

  • уровень вакуума (давление)
  • температура нагревательных пластин

Практически каждая порода древесины требует своего уровня вакуума, который не изменяется на протяжении всей сушки. Изменяется только температура нагревательных пластин. Рассмотрим процесс сушки, состоящий из трех этапов:

1. Прогрев при атмосферном давлении.

2. Сушка нагреванием в вакууме.

3. Кондиционирование и охлаждение.

Прогрев

После того, как древесина уложена в камеру, переложена нагревательными пластинами и накрыта резиновым покрытием, начинается этап прогрева. На этом этапе горячая пластина нагревает древесину без включения вакуумной помпы. Влага в древесине не закипает, поскольку температура ниже 1000 С, и, следовательно, не происходит повреждение поверхности древесины.

Сушка

Когда температура внутри древесины достигает уровня, необходимого для сушки, включается вакуумная помпа и выкачивает воздух из камеры. В этом случае не происходит повреждение поверхности древесины, поскольку влага внутри древесины, двигаясь к поверхности, увлажняет ее. Возникают и другие важные эффекты: резиновое покрытие под воздействием атмосферного давления прижимает к полу камеры штабель древесины, переложенный алюминиевыми нагревательными пластинами. Благодаря этому механическому воздействию мы можем использовать вакуум для трансформации сушилки в пресс, который делает доски абсолютно ровными.

В процессе сушки использованы 3 физических закономерности. Зависимость скорости диффузии от температуры, зависимость скорости диффузии от давления воздуха применяется при выборе оператором давления и максимальной температуры для сушки каждой конкретной породы древесины. Зависимость температуры кипения воды от атмосферного давления также применяется при понижении температуры кипения воды в условиях вакуума. Под воздействием высокой температуры и высокого уровня вакуума вода с поверхности древесины испаряется. Затем влага, как сконденсированная на стенках камеры, так и в виде пара, откачивается вакуумной помпой. Когда влажность древесины достигает установленного конечного значения, сушка переходит в фазу кондиционирования.

Кондиционирование и охлаждение

Нагревание пластин отключается, но вакуум в камере сохраняется. В этом случае древесина остывает под давление пресса, что позволяет зафиксировать ровную форму древесины. После того, как древесина остыла достаточно, сушилка выключается.