|
Основными причинами движения влаги
в древесине являются: неравномерное распределение влаги по объему материала,
которое вызывает ее перемещение в направлении пониженной влажности; такой
характер движения носит название влагопроводности;
неодинаковая температура по объему материала, что приводит
к движению влаги в-направлении пониженной температуры; это явление называется
термовлагопроводностью;
наличие во внутренних слоях древесины избыточного по сравнению
с внешней средой давления, под действием которого влага в виде направленного
потока пара движется в сторону более низкого давления; такое движение
называется молярным влагопереносом.
Интенсивность влагопереноса при влагопроводности
возрастает с повышением температуры и увеличением перепада влажности между
наружными и внутренними слоями древесины. Причем плотность потока влаги
пропорциональна перепаду влажности. Следует отметить, что влагопроводность
наблюдается при влажности древесины ниже предела гигроскопичности.
Интенсивность переноса влаги при термовлагопроводности и
молярном влагопереносе возрастает с увеличением разности температуры и
давления (соответственно видам переноса) между внутренними и наружными слоями
материала.
В деревообрабатывающей промышленности, как указывалось
выше, наибольшее применение'имеет конвективная (газопаровая
л атмосферная) сушка. Основной признак, характеризующий
у-сло- Бяя ее протекания, — температура среды. Принято разделять процессы
сушки на низкотемпературные и высокотемпературные, что обусловлено
особенностями парообразования при разных'уровнях температуры, а именно,—
испарение в первом и кипение во втором случаях.
Процессы сушки принято анализировать по кривым изменения
во времени средней влажности древесины (кривые сушки), ее температуры
(температурные кривые) и кривом распределения влаги по толщине сортимента на
различных этапах процесса.
Рассмотрим особенности низкотемпературного процесс а
сушки, который является основным способом сушки пиломатериалов.
Предположим, что образец древесины в виде пластины
толщиной S с начальной влажностью WHaч, превышающей Wn.r, помещен в нагретый
воздух. Влага по толщине пластины распределена равномерно. Состояние воздуха
характеризуется его температурой tc и температурой смоченного термометра tu.
Сразу же с поверхности пластины начнется испарение влаги, которое понизит
влажность поверхностных слоев. Пока влажность на поверхности будет выше Wn.T,
влага в древесине перемещаться не будет. Ее движение начнется, когда вся
свободная влага будет удалена с поверхности. С этого момента между
внутренними слоями древесины, где влага находится в полостях клеток, и
поверхностью, где влага содержится только в клеточных стенках, появится
разность капиллярных давлений. Разность давлений обеспечивает подачу
свободной влаги к поверхности по мере ее испарения. Вначале свободная влага
подается из наружных слоев древесины. Влажность поверхности остается при этом
постоянной и соответствует приблизительно пределу гигроскопичности. Скорость
сушки в этот период постоянна и определяется интенсивностью испарения влаги с
поверхности пластины.
По мере удлинения пути движения свободной влаги скорость
ее подвода к поверхности уменьшается. Наступает момент, начиная с которого
эта скорость становится ниже возможной скорости испарения. Вследствие этого
влажность поверхности становится ниже №п.г- По толщине нластины образуются
две зоны: наружная, с влажностью ниже предела гигроскопичности, и внутренняя,
имеющая влажность выше предела гигроскопичности.
В наружной зоне 'плотность потока влаги пропорциональна
перепаду влажности. Эта зона называется зоной влагопроводности. Во внутренней
зоне по-прежнему движение свободной влаги идет за счет разности капиллярных
давлений, но только к внутренней границе зоны влагопроводности. По мере
заглубления зоны влагопроводности ( 14, а; кривые 2, 3) средняя влажность
древесины и скорость сушки уменьшаются. В дальнейшем, после удаления всей
свободной влаги (кривая 4), по всей толщине пластины основной причиной
движения влаги будет влагопроводность.
К концу Процесса влажность сортимента стремится к
равновесной (кривая 5). Практически же процесс сушки заканчивают значительно
раньше, при достижении древесиной заданной конечной влажности WKOh-
Кривая сушки состоит из трех участков, соответствующих
трем периодам процесса: периоду начального прогрева (отрезок 0—1), периоду
постоянной скорости сушки и периоду падающей скорости сушки (отрезок 2—3).
При камерной сушке пиломатериалов продолжительность
периода постоянной скорости ничтожна и процесс практически полностью
протекает в периоде падающей скорости сушки. При сушке тонких
сортиментов-(например, шпона) продолжительность периода постоянной скорости
сушки весьма значительна по сравнению с общей продолжительностью процесса.
Температура поверхности пластины tn в период прогрева
быстро повышается. В период постоянной скорости сушки она неизменна и равна
температуре смоченного термометра tm а в период падающей скорости постепепно
возрастает, стремясь к температуре среды tc. В центре материала температура
tn при прогреве ниже температуры tn, в периоде постоянной скорости равна ей,
а в периоде падающей скорости сушки отличается от нее незначительно.
Рассмотренный процесс наблюдается и при сушке сырого шпона
с температурой среды, значительно превышающей 100° С.
Основной причиной перемещения влаги в этом процессе
является влагопроводность. Термовлагопроводность наблюдается лишь в период
прогрева материала.
Характерной чертой высокотемпературного процес- с а сушки
является движение влаги под действием молярного перекоса. При кипении влаги в
древесном сортименте возникает повышенное давление в его внутренних слоях.
Под действием возникшего перепада давлений происходит движение влаги в виде
пара к поверхности оортимента.
Ярко выраженный молярный влагоперенос имеет место, когда
температура высушиваемого материала выше 100° С, а в древесине содержится
свободная влага. При этом температура внутренних слоев быстро поднимается и
затем держдат постоянной на уровне несколько выше 100° С. В этот Период идет
выпаривание свободной влаги из древесины. Стабилизация температуры на
указанном уровне свидетельствует о том, что во внутренних слоях древесины
возникает устойчивое избыточное давление, а движущими силами являются
молярный влагоперенос и влагопроводность. Термовлагопроводность действует в
противоположном направлении, однако ее влияние на процесс незначительно.
После удаления всей свободной влаги температура материала повышается,
сгремясь к температуре среды. В этот период эффект молярного влагопереноса
невелик. Основную роль играет влагопроводность. Скорость сушки при
высокотемпературном процессе в 2—3 раза больше, чем при низкотемпературном.
Рассмотренный механизм высокотемпературного процесса
характерен при сушке сырых древесных сортиментов толщиной более 15—20 мм в
среде перегретого пара, в гидрофобных жидкостях, в высококонцентрированных
водных растворах солей при их температуре, превышающей 100° С, а также в
среде воздуха или газа при температуре более 120° С.
|