Сушка и защита древесины

Раздел: Учебники

Основной принцип сушки пиломатериалов. Главная трудность в осуществлении комплексного сушильного процесса заключается в извлечении, удалении влаги из средней зоны сортимента (доски, бруска), т. е. перемещении ее к поверхности. Именно в достижении интенсивного движения влаги внутри материала (из центральной зоны к его поверхности) скрываются возможности получения высоких технико-экономических показателей процесса сушки пиломатериалов.

Единственный в настоящее время используемый технический прием, стимулирующий поток влаги к поверхности материала, откуда она легко переходит в окружающий воздух, заключается в дополнительном подогреве материала. С повышением его температуры диффузия (молекулярный поток) влаги в древесине ускоряется. Наиболее эффективный метод подогрева древесины заключается в повышении температуры воздуха по мокрому термометру психрометра, поскольку в наиболее ответственной, начальной, стадии сушки материала температура влажной его поверхности и мокрого термометра психрометра почти одинаковы. Такое состояние воздуха достигается повышением его влагосодержания за счет применения многократной его циркуляции (до 50 раз) по материалу. Возникает поэтому острая необходимость в сохранении, удержании влаги воздуха в пространстве сушильной камеры путем ее тща- / тельной теплоизоляции и герметизации. На плохо утепленных поверхностях (дверях, перекрытиях, полах) камер происходит конденсация влаги. При этом воздух становится суше и нарушаются режимы сушки материала.

То же относится и к герметизации камер — дверей, внешних воздуховодов, отверстий в стенах для паропроводов и т. п. На практике часто прекращают даже организованный (через приточно-вытяжную систему) воздухообмен камер. Исключение составляют металлические (герметичные и паронепроницаемые) камеры, в которых при эксплуатации необходимо создавать расчетный воздухообмен, а с применением импульсной циркуляции воздуха — даже соответственно увеличенный. Таким путем для ускорения движения влаги внутри досок (за счет их прогрева) осуществляют преднамеренную задержку, торможение испарения ее с поверхности. Для этого в первой стадии сушки поддерживают малую (всего несколько градусов) психрометрическую разность воздуха. Материал при этом дополнительно нагревается, предотвращается пересушка и растрескивание его поверхностной зоны. В этих же целях при значительных скоростях воздуха в штабелях применяют периодическое отключение вентиляторов (при сушке средних и толстых сортиментов).

Такова принципиальная особенность сушки пиломатериалов (во влажной среде), в отличие от высушивания многих других материалов и продуктов (в сухом воздухе).

Поток влаги в древесине. Известно, что при влажности выше 30 % (выше предела гигроскопичности) влага перемещается в древесй^е в основном в виде жидкости. В гигроскопической же области, т. е. при влажности ниже 30 %, она мигрирует также в виде пара и тем больше, чем суше и более нагрета древесина. Именно поэтому постоянная во времени температура в центре высушиваемого сортимента будет пониженной: здесь происходит образование пара, т. е. возникает расход тепла фазового перехода.

Движущими силами перемещения влаги могут быть: ускорение силы тяжести, осмотическое давление, капиллярное давление, диффузия, термодиффузия, давление пара в древесине и др.

Свойство материала перемещать внутри себя влагу называется влагопроводностью. В древесине различается влаго- проводность молярная, капиллярная и диффузионная. Молярная (поточная) влагопроводность проявляется при высокой влажности древесины (например, влага вытекает из очень влажной,' вертикально установленной нагретой доски). Капиллярная влагопроводность (основная) наблюдается при влажности в диапазоне примерно 110...25%. Диффузионная влагопроводность проявляется во время сушки древесины при ее локальной (местной) влажности ниже 25 %. Кривые влажности древесины. Значительный практический, и 1Юзнавательный интерес представляют кривые распределения влажности по толщине материала во время сушки — кривые влажности. Они показывают, что в начале процесса сушки влага испаряется с поверхностной зоны материала; здесь влажность древесины быстро снижается до предела гигроскопичности (в нагретом состоянии примерно 25%), а затем еще ниже, т. е. начинается усушка. Постепенно подсушенная поверхностная зона углубляется, одновременно у ряда древесных пород происходит молярное перетекание части свободной влаги из центра к поверхности материала, как это показано пунктирной горизонталью kd (вместо кривой kwd). Было бы весьма эффективно всемерно увеличить этот поток, эквивалентный площадям в зоне kmd и выше ее, удаляемый с небольшой затратой тепла и в короткое время.

На  25 нанесены кривые влажности 1, 2, 3, 4 и 5 последовательного, например ежесуточного, снижения содержания влаги (стрелки А — направление ее потока) по сечению плоского материала (вид с торца, без кромки). Форма этих кривых различна: выше горизонтальной линии wnr (предела гигроскопичности) перемещается свободная влага, а ниже нее — гигроскопическая.

Для диффузионного потока влаги, т. е. ниже wnr, коэффициент влагопроводности принимают постоянным, не зависящим от ее влажности. При этих условиях, в стадии регулярного режима, кривые влажности 4 и 5 будут квадратическими параболами. Их ординаты w (текущие влажности древесины) для соответствующих абсцисс х определяются по формуле wx=wu—(xVR*) (ВУц—И>п),

где Доц—wп — разность влажности в центре и на поверхности материала; R — половина его толщины; х—переменное расстояние от средней плоскости материала до точки е на кривой be. При дс=0 влажность по кривой 4 будет wx=wn (точка Ь), при x—R получим wx=wn (точка с), при x=0,5R она составит ш.х=0,75шц+0,25доц (точка е) и так далее.

Коэффициенты влагопроводности древесины. Молекулярная диффузия одного вещества в другом, в том числе влаги в древесине, описывается законом Фика D-^L^D tga, Дх

где i—величина потока влаги в единицу времени; D — коэффициент влагопроводности; А&у/Дд: — градиент влажности (отношение разности влажностей по ординате Aw к Ад: соответствующему расстоянию — по абсциссе); tga — угол наклона с осью х соответствующей касательной к кривой влажности.

Экспериментами установлено, что влагопроводность древесины каждой породы в большой мере зависит от ее температуры во время сушки. На  26, а приведены значения коэффициентов диффузионной влагопроводности древесины в тан- гентальном направлении основных древесных пород. При сушке только заболонной или только ядровой древесины сосны вводят соответствующие коэффициенты 1,25 и 0,75 (данные П. С. Сер- говского).

В направлении вдоль волокон древесины сосны коэффициент влагопроводности при влажности 10 % в 15 раз, а при влажности 30%—лишь в 1,2 раза больше, чем в тангентальном направлении (данные В. С. Коваля).

Кривые 2 и 3 над линией характеризуют капиллярную влагопроводность. Опытным путем установлено, что капиллярная влагопроводность для сосны, ели, березы, бука и других пород при значительной влажности в несколько раз меньше диффузионной. Именно поэтому на горизонтали wnr кривые влажности (например, кривые 2 и 5) приобретают излом. Касательная рп, проведенная к верхней части кривой 2 в точке р, покажет большую величину угла наклона, т. е. градиента влажности, чем касательная pg к нижней части этой кривой в той же точке р (для одного и того же потока влаги).

На  26, б приведена кривая влагопроводности древесины бука в зависимости от ее влажности. Обращает на себя внимание особая закономерность молярной влагопроводности (вверху), а также максимум капиллярной влагопроводности при влажности древесины в диапазоне 30... 35 % (данные О. Кришера).

Закономерности передвижения в древесине свободной влаги остаются мало изученными, хотя на долю свободной влаги приходится более 4/Б количества всей влаги, удаляемой из древесины при ее сушке (соответственно 100...25 и 25... 10% влажности). За счет активизации свободной влаги возможна значительная интенсификация сушильного процесса.