Соколов И.В.
РЕЖИМЫ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ: ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЯ, НОРМАТИВНЫЕ И НОВЫЕ ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ *
Аннотация:
в статье рассматриваются действующие ранее, нормативные, а также новые оптимальные режимы сушки пиломатериалов, дан их анализ.
Ключевые слова:
сушка древесины, сушка пиломатериалов, режимы сушки пиломатериалов
В процессе сушки пиломатериалов значительно улучшаются физико-механические, технологические, эксплуатационные свойства древесины. Это самая длительная по времени, самая энергоемкая и дорогостоящая технологическая операция. Удаление влаги из древесины в процессе сушки – это достаточно сложный физико-химический процесс, сопровождающийся тепло- и массообменом, изменением формы и размеров сортиментов древесины, а также всего комплекса параметров, определяющих её качество.Режим сушки древесины – это совокупность термовлажностных воздействий сушильного агента на пиломатериал, обеспечивающих заданное качество и скорость его сушки. Другими словами, режим сушки – это расписание состояния сушильного агента по времени или по влажности древесины в процессе сушки. Вопросы, касающиеся влияния режимов сушки на качество сушки пиломатериалов, весьма подробно исследованы в 50-е – 80-е годы ХХ века [12, 13 и др].В настоящее время основным руководством по проведению сушки древесины являются разработанные на основании принципов, сформулированных П.С. Серговским, «Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины», изданные в 1985 г. (ЦНИИМОД, Архангельск) [10], ГОСТ 19773-84 [4] и 18867-84 [3].Для данной системы режимов сушки характерными являются:трехступенчатая структура режима с двумя переходными влажностями: - для хвойных пород 35 и 25 % (при мягком режиме 35 и 20 %),- для лиственных пород – 30 и 20 %,при переходе со ступени на ступень температура возрастает, а степень насыщенности среды (а значит, и равновесная влажность) уменьшается, режимы низкотемпературного и высокотемпературного процессов.Режимы низкотемпературного процесса предусматривают использование в качестве сушильного агента влажного воздуха с температурой на первой ступени сушки ниже 100 °С, хотя на последней стадии процесса допускается более высокая температура. В зависимости от требований, предъявляемых к пиломатериалам, устанавливают следующие категории режимов:- мягкие режимы (М), обеспечивающие бездефектную сушку пиломатериалов при полном сохранении природных физико-механических свойств древесины, в том числе ее прочности и цвета, а также состояния в ней смолы. Эти режимы рекомендуются для сушки до транспортной влажности экспортных пиломатериалов, в которых не допускается выплавление смолы, выпадение сучков и изменение натурального цвета (потемнение древесины хвойных пород или пожелтение буковой и берёзовой древесины от нагревания),- нормальные режимы (Н), обеспечивающие бездефектную сушку пиломатериалов при сохранении прочности древесины, но с возможным незначительным изменением ее цвета. Данные режимы рекомендуются при сушке древесины для внутреннего потребления до любой влажности,- форсированные режимы (Ф), обеспечивающие сушку пиломатериалов при сохранении прочности на изгиб, растяжение и сжатие, но некотором (до 20%) снижении прочности на скалывание и сопротивление раскалыванию с возможным потемнением древесины. Такие режимы рекомендуются при сушке до эксплуатационной влажности пиломатериалов и предназначены для изделий, работающих с большим запасом прочности.Режимы высокотемпературного процесса предусматривают использование в качестве сушильного агента перегретого пара атмосферного давления с температурой выше 100 °С. Они обеспечивают высокоинтенсивную сушку пиломатериалов при возможном незначительном снижении прочности на изгиб, растяжение и сжатие, но существенном (до 30%) снижении прочности на скалывание и сопротивление раскалыванию с потемнением древесины. Такие режимы могут применяться при сушке до эксплуатационной влажности пиломатериалов целевого назначения для изделий, работающих с большим запасом прочности.По данным П.В. Соколова [14] высокотемпературные режимы позволяют сократить продолжительность сушки в 2 – 2,5 раза по сравнению с режимами низкотемпературного процесса, правда, это дает экономию в стоимости сушки всего лишь от 0,6 до 1,8 %.Многочисленные исследования [5, 16 и др.] также подтвердили отрицательное влияние повышенной температуры на качество высушенной древесины. При этом уменьшается прочность древесины на 6 – 20 % для хвойных пород и до 30 % для лиственных, увеличивается хрупкость древесины, выплавляется смола, выдавливаются сучки, заметно темнеет цвет древесины и т.п.Значения параметров конкретных режимов устанавливают в зависимости от породы, размеров, влажности и назначения высушиваемых пиломатериалов.Структура нормативного режима, соответствующая РТМ-85, приведена на рисунке.1.1. /Рисунок 1.1 – Структура нормативного режима сушки пиломатериалов.I, II, III – ступени процесса сушки, tс1, tс2, tс3– температура по сухому термометру соответствующей ступени, tм – температура по мокрому термометру,?t1, ?t2, ?t3 – психометрическая разность на соответствующей ступени.Нормативные режимы сушки пиломатериалов всегда были построены таким образом, что температура мокрого термометра на протяжении всего процесса остаётся постоянной, а температура сухого термометра ступенчато увеличивается в зависимости от средней влажности древесины.Так, например, в 40-50-е годы ХХ века применялись так называемые восьмиступенчатые режимы [7]. Для них характерно постепенное увеличение температуры по ходу процесса через каждые 5 % уменьшения влажности древесины. В 1957 году были введены шестиступенчатые режимы [34], что позволило несколько интенсифицировать процесс. В 1985 году были введены действующие по настоящий момент трёхступенчатые режимы [11]. Однако, уменьшение количества ступеней режима, привело с одной стороны к тому, что относительное изменение величин параметров режимов при переходе со ступени на ступень стало весьма существенным. С другой стороны, разработчики трёхступенчатой структуры [12 и др.] требуют максимально высокой скорости изменения параметров режима, что требует значительного повышения мощности теплового оборудования камер, что повышает капитальные вложения и эксплуатационные затраты на сушку.Кроме того, при резком увеличении температуры агента сушки и одновременном снижении его влагосодержания происходит не менее резкое изменение соотношения между внешним и внутренним влагообменом древесины.Существенным недостатком трёхступенчатой структуры режимов является также отсутствие возможности управления процессом влагообмена древесины со средой на протяжении всего процесса сушки [17].И.В. Кречетов в [8] в связи с этим отмечает, что режимы сушки остановились в своем развитии путем их «ГОСТирования», т.е. замораживания на трёхступенчатой системе независимо от древесных пород, материала и т.п. Для сушки толстых, растрескивающихся сортиментов, а также для сушки ценных пород необходим тщательно регулируемый процесс с 5-7 ступенями, а для тонких досок мягких пород достаточно 1-2 ступеней. Кроме этого, он отмечает, что ошибочно называть режимы сушки пиломатериалов при t = 100 0С и более «низкотемпературными». Следует отметить, что попытки уменьшить количество ступеней режима связано с желанием разработчиков режимов максимально упростить управление камерой. Это было обусловлено тем, что в то время камеры, как правило, управлялись вручную. В современных условиях, когда автоматическое управление камерой стало нормой, режим сушки может иметь сколь угодно много ступеней, а в пределе стать просто бесступенчатым. При этом современные технические средства позволяют реализовать это весьма просто [1, 2]. Структура бесступенчатого режима сушки приведена на рисунке 1.2. /Рисунок 1.2 – Структура бесступенчатого режима сушки.tc = f (W) – температура среды,Wр = f(W) – равновесная влажность древесины.При этом необходимые законы изменения tс и Wр от влажности древесины могут быть достаточно просто реализованы современными системами автоматического управления лесосушильными камерами. Следует также отметить, что строгий контроль за величиной tc и Wр в процессе изменения влажности древесины делает процесс влагообмена древесины со средой в значительной степени управляемым.Л.Н. Кротов [9] пишет, что анализ нормативных режимов сушки пиломатериалов в камерах как периодического, так и непрерывного действия дает основание считать, что с точки зрения продолжительности процесса, сохранности материала и энергетических затрат эти режимы не являются оптимальными. В этой связи была предложена другая структура режима [15], при которой температура агента сушки по сухому термометру не изменяется на протяжении всего процесса, а температура по смоченному термометру постепенно снижается, и к концу сушки психрометрическая разность достигает наибольшей величины. При этом продолжительность сушки пиломатериалов по сравнению с традиционными режимами снижается для тонких сортиментов на 10 – 15 %, а для более толстых на 10 – 25 %. Во всех случаях уменьшаются трещины и коробление.Структура эффективных режимов сушки, предложенных Л.Н. Кротовым, приведена на рисунке 1.3./Рисунок 1.3 – Структура эффективных режимов сушки Л.Н. Кротова.I, II, III – ступени процесса сушки, tc– температура по сухому термометру,tм1, tм2, tм3 – температура по мокрому термометру соответствующей ступени,?t1, ?t2, ?t3 – психометрическая разность на соответствующей ступени.Аналогичная структура режима была исследована В.В. Сергеевым [6] и также дала положительные результаты.Таким образом, можно сделать вывод, что применяемая в настоящее время структура нормативных режимов сушки, соответствующих РТМ-85, не является оптимальной ни с точки зрения продолжительности процесса, ни качества высушиваемого материала. Это вызывает необходимость разработки новых оптимальных режимов сушки, которые могли бы быть сравнительно просто реализованы с помощью современных технических средств автоматизированного управления лесосушильными камерами.
Номер журнала Вестник науки №12 (69) том 5 ч. 1
Ссылка для цитирования:
Соколов И.В. РЕЖИМЫ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ: ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЯ, НОРМАТИВНЫЕ И НОВЫЕ ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ // Вестник науки №12 (69) том 5 ч. 1. С. 446 - 455. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/12120 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+