УДК 674.047.3
, канд. физ.-мат. наук, доцент,
, канд. физ.-мат. наук
Разработка режимов сушки для конвективно-вакуумной сушильной камеры ВС-1
По результатам опытной эксплуатации конвективно - вакуумной сушильной камеры ВС - 1 разработаны прерывистые режимы сушки пиломатериалов основных сортов. Для этого камера была оборудована специальной электронной системой для непрерывного измерения и регистрации основных параметров сушки.
Сформулированы рекомендации по доработке камеры.
Серийно выпускаемая конвективно-вакуумная сушильная камера ВС-1 представляет собой цилиндр диаметром 2 м и длиной около 8 м. Камера оборудована специальной подштабельной тележкой с воздуховодом в виде гребня со щелями для подачи воздуха к древесине. Нагрев сушильного агента осуществляется электрокалорифером мощностью 60 кВт. Циркуляция воздуха обеспечивается центробежным вентилятором с системой воздуховодов и вакуумной запорной арматурой. Вакуум обеспечивается вакуумным насосом ВВН-3. Вместимость камеры - до 8 м3 древесины.
Опыт эксплуатации сушильной камеры показал, что рекомендуемые заводом - изготовителем режимы сушки не всегда обеспечивают нужное качество.
Цель данной работы состояла в детальном изучении процесса сушки в конвективно-вакуумной камере и разработке надежных режимов сушки.
Идеология конвективно-вакуумной сушки, положенная в основу при анализе работы камеры ВС-1 и формулировке рекомендаций по ее усовершенствованию, состоит в следующем [1, 2, 3].
Все процессы сушки древесины связаны со следующими двумя физическими процессами:
1. Внутренний влагоперенос - перемещение (циркуляция) влаги от центра древесины к ее поверхности.
2. Внешний влагообмен - испарение влаги с поверхности древесины.
Движущей силой влагопереноса являются градиенты давления, влажности и температуры. Скорость внутреннего влагопереноса определяется температурой древесины и давлением в сушильной камере.
Движущей силой внешнего влагообмена является разность парциальных давлений водяного пара на поверхности древесины и внутри сушильной камеры. Величина парциального давления или эквивалентная ему величина влагосодержания сушильного агента зависят также от температуры и давления.
Для получения качественной сушки между внешним влагообменом и внутренним влагопереносом должна существовать определенная синхронность. Если эта синхронность нарушается и с поверхности древесины испаряется влаги больше, чем успевает подойти из внутренних слоев, то поверхность высушивается и сжимается (усыхает). В результате в поверхностных слоях возникают растягивающие напряжения, что приводит к растрескиванию древесины.
На основании анализа общефизических закономерностей конвективно-вакуумный способ сушки должен состоять из двух чередующихся этапов:
- нагрев древесины до температуры ~ 80 0С;
- вакуумирование до абсолютного давления ~ 0,015 МПа.
Во время нагревания древесины потоком горячего воздуха при атмосферном давлении влажность сушильного агента должна быть максимальной, чтобы не вызвать «подсыхания» поверхности. Если по конструктивным особенностям сушильной камеры регулирование влажности сушильного агента невозможно, как, например, на камере ВС-1, следует периодически прерывать нагрев (режим отпуска). Во время охлаждения влага из внутренних слоев успевает подойти к поверхности, увлажняя её. Время нагрева и отпуска подбирается опытным путем, исходя из мощности нагревателя, влажности воздуха и древесины.
При вакуумировании за счет понижения давления понижается температура кипения влаги (при давлении - 0,015 МПа она составляет ~ 50 0С). Это приводит к интенсивному испарению с поверхности и, следовательно, ее охлаждению. Тем самым создаются благоприятные условия, как по температуре, так и давлению для циркуляции влаги из внутренних слоев древесины к ее поверхности и снятию напряжений.
Сушильная камера ВС-1 при поставке покупателю укомплектована минимальным набором измерительных приборов, которые не позволяют судить о ходе сушки с достаточной точностью.
Для получения детальной информации о состоянии древесины сушильная камера была оснащена электронной системой для автоматического измерения и записи в память компьютера:
- влажности древесины в четырех произвольно выбранных точках штабеля;
- температуры сушильного агента и, или древесины в четырех произвольно выбранных точках штабеля;
- давления внутри камеры;
- температуры и психометрической разности вблизи крышки камеры;
- состояния исполнительных механизмов (открыт-закрыт, вкл.-выкл.).
Определение влажности древесины осуществляется способом измерения электрического сопротивления, давление - манометром ДМ-5001, температура внутри штабеля - термометрами сопротивления ТСП-0979, температура по сухому и влажному термометрам - ТСП-6097.
В состав электронной системы входит:
1) IВM-совместимый компьютер с цветным монитором;
2) программа управления (устанавливается на компьютере);
3) электронный блок;
4) буфер связи электронного блока с компьютером;
5) термометры сопротивления ТСП-0шт;
6) термометры сопротивления ТСП-6шт;
7) манометр ДМ-5001;
8) комплект датчиков влажности;
9) комплект соединительных кабелей.
Электронный блок устанавливается вблизи камеры и осуществляет постоянное, автоматическое, автономное измерение указанных выше параметров и записывает эту информацию в свою энергонезависимую память с периодичностью 10 минут. Объем энергонезависимой памяти - 35 часов.
При обращении к электронному блоку из управляющей программы с компьютера, информация из памяти блока автоматически переносится в память компьютера, освобождая энергонезависимую память для дальнейшей записи.
Во время работы управляющей программы текущая информация с электронного блока каждые 10 секунд передается в управляющую программу и отображается на экране монитора, однако в память записывается по прежнему через 10 минут. Имеется режим записи в память через 1 минуту.
Следует заметить, что в описанной выше электронной системе предусмотрена возможность автоматического управления процессом сушки и при наличии исполнительных механизмов она легко может быть реализована.
Управляющая программа отображает полученную информацию, как в табличном, так и графическом виде. Образцы полученной информации приведены ниже. Система предназначена для работы с цветным монитором, где каждая зависимость изображается своим цветом, тем самым обеспечивается легкое восприятие. Распечатка на черно-белом принтере значительно снижает ее зрительную информативность.
На рис.1 приведен пример графического представления полученной информации для сушки сосновых досок толщиной 20 мм.
Рис. 1. Область линейной деформируемости грунтового основания при yR = 12
Сплошными линиями приведена зависимость влажности от времени в четырех точках штабеля. Штриховыми линиями дана зависимость температуры и психометрической разности сушильного агента. Значками на горизонтали 80 отмечены моменты работы вакуумного насоса.
На графике отчетливо прослеживаются все особенности конвективно-вакуумной сушки с прерывистым нагревом.
В результате накопленного опыта разработаны режимы «слепой» сушки для ряда наиболее типичных пиломатериалов. Режимы состоят из двух подрежимов, комбинация которых обеспечивает качественную сушку.
Режим сушки №1
сосна, толщина - 1мм, конечная влажность %.
Полный процесс сушки включает в себя:
- при влаж.% - первый и второй подрежимы;
- при влаж.% - два первых и один - два вторых подрежима.
ПоказательПродолж.,час
Первый подрежим. . 15,5
1. Нагрев циклический (3 цикла,0
1.1. Нагрев,5
1.2. Отпуск*,5
2. Нагрев,0
3. Вакуумирование. 3,0
4. Слив воды, вентиляция**,5
Второй подрежим (влаж. < 25%. . . 13,5
1. Нагрев постоянный9,0
2. Вакуумирование. 4,0
3. Слив воды, вентиляция**,5
________________
Итого: (влаж%) 29
(влаж%) 58
Режим сушки №2
сосна, толщина - 4мм, конечная влажность %.
Полный процесс сушки включает в себя:
- при влаж.% - 3 первых и 2 вторых подрежима;
- при влаж.% первые и 2 - 3 вторых подрежима.
Показатель Продолж.,час
Первый подрежим21,5
1. Нагрев циклический (5 циклов,0
1.1. Нагрев,5
1.2. Отпуск*,5
2. Нагрев3,0
3. Вакуумирование. 3,0
4. Слив воды, вентиляция**,5
Второй подрежим (влаж. < 25 %. . 19,5
1. Нагрев постоянный,0
2. Вакуумирование,0
3. Слив воды, вентиляция**). . 0,5
_________________
Итого: - (влаж. 30 – 50 %) 103,5
(влаж.%) 144,5
*) - выключены нагрев, вентилятор, открыт слив воды;
**) - выключен нагрев, включен вентилятор, открыта крышка камеры.
Разработанные режимы сушки включают два оригинальных момента.
Для компенсации отсутствия увлажнения на стадии нагрева разработан практический прием - циклический нагрев: (нагрев 2,5 часа, отпуск - 0,5 часа). Во время отпуска за счет внутреннего влагопереноса происходит увлажнение поверхности, что предохраняет ее от усыхания, а, следовательно, от растрескивания. Значительная часть влаги на стадии вакуумирования остается между досками в виде мелких капель. Для ее удаления пришлось ввести дополнительный технологический прием названный вентиляцией камеры. После снятия вакуума открывается крышка камеры и включается вентилятор для продувки досок. Таким образом, организуется интенсивный обмен внутреннего влажного воздуха с сухим наружным, что позволяет быстро удалить капельную влагу из зазоров между досками.
В результате опытной эксплуатации сушильной камеры выявлены существенные недостатки конструкции.
1. Неудачно расположен вытяжной воздуховод. Наблюдается очень сильная конденсация на стенках воздуховода и последующее стекание значительного количества конденсата на штабель. Верхняя часть штабеля продувается сильнее и, следовательно, лучше и быстрее сохнет. Для улучшения ситуации необходимо организовать забор воздуха с боковой поверхности камеры, причем с обеих ее сторон.
2. Вакуумный клапан №2 выполнен с ручным приводом. Ручной привод не позволяет установить аппаратуру автоматического управления процессом сушки.
3. Неудачна конструкция щелей на гребне загрузочной тележки. Щели расположены слишком редко (~ 0,6 м. друг от друга), и это приводит к неравномерной влажности по длине доски; перепад достигает 5%, особенно это характерно для тонких досок.
4. Отсутствует теплоизоляция камеры. С одной стороны, это приводит к значительным (до 50 %) потерям тепла в окружающую среду, особенно в зимнее время, с другой стороны, на стенках не происходит интенсивной конденсации паров влаги, особенно в летнее время.
Очевидно, по крайней мере, верхняя часть камеры должна быть теплоизолирована, а сама камера оборудована дополнительным водоохлаждаемым конденсатором, тем более, что водяной насос входит в комплект камеры.
Авторы выражают благодарность сотрудникам Томской электронной компании , , за разработку и сервисное сопровождение электронной системы, а также оператору установки за помощь в работе.
Список литературы
1. Кречетов древесины. - М.: Лесная пром - сть, 19с.
2. Богданов по сушке древесины. - М.: Лесная пр - сть, 19с.
3. Горяев - диэлектрические сушильные камеры. - М.: Лесная пром - сть, 19с.
Материал поступил в редакцию 07.12.98.
A. V. Zhukov, E. I. Pogorelov
Elaboration of the drying regimes for the convection vakuum drying chamber VS-1
The intermittent regimes of the saw-timbers drying by the experimental exploitation are elaborated. For this the chamber has been equipped with the special electronic systems for the continuous measuring and registration of the main parameters of drying.
The recommendation for the improvement of the chamber has been formulated.
