Технологии

 

Основы технологии сушения древесины

Микроструктура древесины

Древесина состоит из тканей, образованных множеством клеток. Каждая клетка имеет оболочку (стенку). Стенки клеток, в свою очередь, состоят из микроволокон, между которыми имеются промежутки. Пространство между клетками и внутри клеток заполнено водой. Оболочки клеток примерно на 99% (по массе) состоят из органических соединений, главнейшим из которых является целлюлоза.

Влажность древесины

 

• Вода, содержащаяся в полостях клеток и межклеточных пространствах древесины, называется свободной. Эта вода плохо удерживается капилярами и быстро испаряется, при этом масса древесины остается неизменной.

• Волокна стенок клетки формируют микрокапилярную систему. Вода внутри этой системы довольно хорошо удерживается в древесине и сравнительно плохо испаряется, но если в окружающей среде произошли изменения, то она может испаряться и впитывать воду. Вода, которая находится в мембранах клеток и сильно прикреплена к этим мембранам силой капилляров называется насыщающей или связанной.

Изменение размера

Испарение свободной воды уменьшает только массу древесины, но не ее размер. Высушивание связанной воды приводит к изменениям геометрических размеров мембран и, соответственно, всего высушиваемого массива дерева.

Точка насыщения волокон

Такая влажность, при которой вся свободная влага удалена, и в древесине находится только связанная вода называется точкой насыщения волокон . Точка насыщения волокон меняется от породы к породе и очень важна при искусственной сушке древесины.
• Насыщенность древесины — древесина не испаряет и не впитывает влагу.
• Точка насыщения волокон изменяется в зависимости от температуры и породы дерева в диапазоне от 22% до 35%.
• Для большинства пород древесины среднее значение точки насыщения при температуре 20 градусов и относительной влажности 100 % составляет 30%.

Значение влаги

Древесина имеет свойство впитывать влагу. Когда уровень содержания воды в древесине выше, чем в окружающей среде, влага из древесины испаряется и наоборот: если уровень содержания влаги в древесине ниже, чем в окружающей среде, древесина начинает впитывать влагу.

Баланс влажности

Только когда содержание влаги в древесине и окружающей среде одинаковое (баланс влажности), древесина не впитывает и не испаряет влагу. Древесина должна соответствовать климатическим условиям данной местности (влажность, температура и т.д.), только тогда она не даст трещин. Влажность древесины должна быть ниже средней влажности на 2.5%.

Измерение коэффициента влажности

• Влажность древесины соотносится с коэффициентом абсолютно сухого дерева следующим образом:

Коэффициент влажности древесины =Масса влажной древесины — Масса абсолютно сухой древесины/ Масса абсолютно сухой древесины X 100%. (Коэффициент влажности, использующийся в технологии сушения, обычно называется абсолютной влажностью.)

Начальная влажность - Содержание влаги в древесине до начала сушения.

Конечная влажность - Уровень влаги в древесине после сушения

• Масса абсолютно сухой древесины это масса древесины, не содержащей влагу.

 

Способ и требования измерения качества абсолютно сухой древесины

• после сушки с каждой стороны образца отсекают 300мм.,

• толщина пробных образцов 10-12мм.,

• образцы должны быть без сучков и др. дефектов, хорошо обструганы,

• настройка весов с точностью до 0.01г.,

• штабель сушится в камере при t°103±2℃, каждые 2 часа проводят измерения качества древесины. Если на протяжении 4 часов не произошло качественных измерений, то древесина считается абсолютно сухой.

Коэффициент равновесной влажности

• При средней температуре и относительной влажности воздуха 30-80% коэффициент равновесной влажности вычисляется по следующей формуле: КРВ = Относительная влажность воздуха/5
Коэффициент равновесной влажности: древесина на впитывает и не испаряет влагу.
• При сушке имеет значение сорт, толщина древесины и начальная влажность.

Абсолютная и относительная влажность

Влагопоглощение зависит от температуры окружающей среды.
Абсолютная влажность (P): масса водяного пара, содержащаяся в одном кубическом метре воздуха (г/м3).

P = Vg/V( Vg —масса водяного пара(г/м3); V —объем влажного воздуха(г/м3))
Максимальная влажность (Pм): (при одинаковой температуре и атмосферном давлении): Максимальное количество водяного пара, которое может находится в 1 м 3 воздуха при каждой определенной температуре ( кг/м 3 ).

P м = максимально возможная масса водяного пара в воздухе/ объем влажного воздуха

Относительная влажность (Y) : абсолютная влажность воздуха ( P ) / максимальная влажность( P м ) х 100%

Влажность воздуха определяют с помощью приборов, называемых психрометрами. Принцип работы психрометра основан на определении разности показаний сухого и смоченного термометров (психрометрическая разность), величина которой зависит от влажности окружающего воздуха

	разность показаний смоченного /сухого шарика термометра (℃ )
температура сухого шарика термометра ( ℃ )	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
40	100	94	88	82	76	71	66	61	57	53	48	44	40	36	32	29
44	100	94	89	83	78	73	68	63	59	55	50	47	43	40	36	33
50	100	95	90	84	79	75	70	66	62	58	54	50	47	44	41	37
54	100	95	90	84	80	76	72	68	64	60	56	52	49	46	43	39
60	100	95	90	86	81	77	73	69	65	61	58	55	52	49	46	43
64	100	95	91	86	82	78	74	70	67	63	60	57	54	51	48	45
70	100	96	91	87	83	79	76	72	68	64	61	58	55	52	50	47
74	100	96	92	87	84	80	76	72	69	65	63	60	56	53	51	48
80	100	96	92	88	84	80	77	73	70	66	64	61	58	55	53	50
84	100	96	92	88	84	80	77	74	71	68	65	62	59	56	54	51
90	100	97	93	89	85	81	79	75	72	69	66	63	61	58	56	53
94	100	97	93	89	86	82	79	76	73	70	67	65	62	60	57	54
100	100	97	94	90	87	83	80	77	74	71	68	66	63	61	59	56
104	100		94	91	88	84	81	78	75	72	69	67	64	62	60	57
110	100										69	67	65	63	61	58
114	100												65	63	61	58
120	100

Рекомендуемая конечная влажность для древесины различного назначения

• Древесина для изготовления электроприборов 5~8%
• Древесина для изготовления музыкальных инструментов 5~8%
• Фанера, ДСП 6~8%
• Паркет 6~8%
• Древесина используемая в поездах 6~8%
• Древесина используемая в самолетах 6~10%
• Древесина для изготовления мебели 6~10%
• Древесина для изготовления игрушек 6~10%
• Внутренние двери и окна 8~10%
• Наружные двери и окна 12~15%
• Древесина для изготовления садовых инструментов 12~16%
• Древесина для изготовления морского транспорта 12~16%
• Древесина для сельхозтехники 12~18%
• Древесина для стройматериалов 12~18%
• Древесина для служебных помещений 16~20%
• Древесина для изготовления оружия 7~12%
• Древесина для изготовления спортивных тренажеров 8~12%
При этом должны соблюдаться следующие условия:
• Окружающая среда при проверке берется относительно неблагоприятная
• Уровень влажности относительно высокий
• Температура снаружи относительно низкая
• Температура и уровень влажности относительно высоки

Скорость циркуляции сушильного агента в камере

• при сушении твердых пород не более 2 м/с
• при сушении мягких пород не более 3 м/с

В процессе сушения необходимо контролировать следующие параметры:

Температура

Температура в камере должна быть постоянной, в процессе сушения не следует очень быстро повышать температуру, т.к. древесина обладает низкой теплопроводностью. Если температура на поверхности поднимается быстро и вода быстро испаряется, а температура внутри низкая и влага от внутренних слоев медленно поднимается на поверхность и удаляется с нее, то усыхание поверхностных слоев будет выше, что приводит к деформациям, трещинам и разрушению древесины.

Влажность

Влажность в камере оказывает сравнительно большое влияние на качество сушки древесины. В процессе сушки влажность среды должна быть ниже, чем влажность древесины, в то же время разница во влажности не должна быть слишком большой, что также ведет к деформации древесины.

Направление движения сушильного агента

Направление движения сушильного агента в штабеле пиломатериалов должно быть горизонтальным, поперек штабеля. Для более равномерного сушения штабеля применяется реверсивная циркуляция , то есть с периодическим изменением направления движения агента сушки через штабель.

Регулировка температуры и влажности

• Нагрев воздуха осуществляется путем прохождения пара через радиатор.
• Регулировка уровня влажности осуществляется системой увлажнения и выброса влаги: при повышении уровня влажности открывают клапан системы выброса влаги, при понижении влажности клапан выброса влаги закрывают и открывают клапан системы увлажнения.
• Изменение направления циркуляции сушильного агента путем включения функции изменения направления вращения вентилятора.

Измерение равновесной влажности

В полностью автоматической системе управления измерение равновесной влажности осуществляется датчиками - между двумя полупроводниковыми пластинками ( примерно 5х5 мм) помещается полимерное гигроскопическое вещество толщиной примерно 1 мм, которое изменяется в зависимости от влажности окружающей среды. Регистрируется изменение электроёмкости, которое произошло из-за изменения расстояния между полупроводниковыми пластинками, и процессор пересчитывает его в показатель относительной влажности. Это самые новые датчики, не требующие большого ухода. При поломке показывают результат, который легко обнаружить на любом этапе процесса сушки.

Три этапа сушки пиломатериалов

Прогрев

Начальный прогрев — быстрый нагрев воздуха в камере до 50 ? на 0.5—1 часа для прогрева оборудования, корпуса камеры и поверхности пиломатериала без испарения влаги с поверхности древесины.Во время прогрева в камере нужно поддерживать постоянную температуру примерно на 5--10°С выше температуры первой ступени сушки. Обычно, сушку твердых пород и толстого пиломатериала надо проводить при низкой температуре, а тонкого пиломатериала при высокой. Влажность: внутри камеры в период начального прогрева должны быть созданы условия, при которых влага не могла бы испаряться из материала. Длительность прогрева составляет 1—1.5ч летом, и при температуре ниже нуля до 2 часов на каждый сантиметр толщины материала.

Сушка

Переход на режим сушки после прогрева осуществляется постепенно. В камере устанавливают и поддерживают параметры режима сушки. Влажность сушильного агента в камере регулируется путем изменения проходного сечения воздушных клапанов приточно-вытяжной вентиляции. Повышение или понижение степени насыщенности сушильного агента в камере регулируется положением приточно-вытяжных заслонок и подачей пара. Категорически запрещается включать парогенератор при открытых приточно-вытяжных заслонках. Необходимо периодически наблюдать за состоянием сушильного агента в камере и в соответствии с ним осуществлять контроль за режимом сушки. Погрешность поддержания температуры в камере не должна превышать ±2 °С от заданного режимом. Если заданная температура не может быть достигнута по техническим причинам, то допускается проведение сушки при более низкой температуре, но с обязательным поддержанием степени насыщенности сушильного агента.

Выравнивание влажности

По окончанию сушки проводят выравнивание конечной влажности древесины. Для этого в камере поддерживают такое состояние среды, при котором недосушенный штабель подсыхает, а пересушенный увлажняется. Температура среды во время кондиционирующей обработки должна быть на 6—8 °С выше, чем на последней ступени сушки, но не должна превышать 100 °С. Продолжительность кондиционирующей обработки зависит от многих факторов и проводится в соответствии с категорией сушки, а также особенностями камеры и материала. Выгрузка штабеля из сушильной камеры должна производиться только после его предварительного охлаждения в камере (во избежание растрескивания, особенно в зимнее время) до температуры не выше 40°С (из расчета около 2 ч на каждый сантиметр толщины пиломатериала), после чего камера проветривается в течение нескольких часов, затем ее окончательно охлаждают и разгружают. При охлаждении толстого материала со значительной конечной влажностью допускается увлажнение поверхности охлаждаемого материала для предотвращения пересыхания. Пред разгрузкой камеры материал должен окончательно охладиться на складе (тонкий – 1 сутки, а толстый – не менее 2 суток) в сушильных штабелях. Не следует оставлять тонкий и сухой пиломатериал надолго в сушильных штабелях. Сухой пиломатериал следует хранить в плотных пакетах, закрывая торцы, которые быстрее впитывают влагу.

Плотность	Порода древесины	Время сушения
350 кг/м 3	кедр, сосна, ель,	6-8 дней
450кг/м 3	тополь, ива, ольха, осина	8-10 дней
500кг/м 3	береза, каштан, вяз, секвойя, палисандр, лиственница, клен европейский	10-12 дней
600кг/м 3	вишня, тик, орех, бук, клен канадский	16-20 дней
750кг/м 3	черное дерево, эвкалипт, дуб, красное дерево, ясень, груша, слива	29-38 дней

Расчет расхода пара

При давлении 0.4мПа средний расход пара на 1м3 пиломатериала составляет 5кг (для камеры 30 m 3 и меньше), если пиломатериал свежий, то расход пара составляет 5.5 кг на 1м3 пиломатериала.

Расчет энергопотребления

На каждый 1 м3 сушильной камеры расход энергии составляет 2600 ~ 2800ккал. Если камера небольшого объема, пиломатериал свежий или обладает большой плотностью, то энергопотребление возрастает.

Укладка штабеля

• Штабель необходимо выкладывать правильной геометрической формы—в виде параллелепипеда. Боковые и торцовые поверхности должны быть строго вертикальны.
• Ширина и высота пиломатериала должна быть на 0.2—0.3м меньше внутреннего размера камеры (не больше толщины доски с прокладкой).
• Между досками должны располагаться прокладки для циркуляции воздуха. Слишком большое расстояние между прокладками может привести к деформации древесины во время сушения.
• Прокладки должны находиться с обеих сторон на одном расстоянии.
• Для уменьшения количества трещин доски в торце можно смазывать воском, смолой и т.д.

Толщина доски	Прокладка м/у досками	Расстояние м/у прокладками
≥25мм	20*30мм	0.4—0.8м
≥40мм	25*30мм	0.6—1.5м

Общие сведения по эксплуатации

Укладка штабеля

Укладка должна производиться по стандарту технологии сушения древесины. Между досками должны находиться прокладки.

Нормы сушения

Соблюдение технологических параметров и режимов - это гарантия получения качественной продукции. В "Сборнике режимов сушки пиломатериалов" указаны нормы сушки для различных пород древесины, толщ ина пиломатериала и пр. Эти нормы могут регулироваться в процессе работы. В полностью автоматической системе управления используется микропроцессорный контроллер, в который уже заложены технологические параметры для различных пород дерева. Эти параметры также можно самостоятельно вводить с клавиатуры, придерживаясь инструкции.

Время сушения

Продолжительность процесса зависит от породы древесины, ширины и толщины пиломатериала, скорости циркуляции воздуха в камере, начальной и конечной влажности, а также степени обработки.

Эксплуатация

Надлежащая эксплуатация обеспечит длительную работу сушильной камеры и качество сушки пиломатериала.  Каждый раз перед проведением сушки следует проверить:
• герметичность корпуса и дверей камеры
• вентиляционную систему
• клапаны увлажнительной и нагревательной системы, системы впуска воды и клапан водоотвода, исполнительные механизмы, отсутствие течи
• работу всех деталей шкафа управления, индикаторов и кнопок
• показания манометра должны быть в пределах 0.3—0.6 Мра

Подготовка сушильной камеры

Закрыть дверь камеры и клапан водоотвода, открыть клапан впускного трубопровода системы нагрева, включить вентиляторы, прогреть камеру и оборудование, т.о. в трубопроводе не останется холодной воды и во время работы быстрее повысится температура в камере.

Работа

После загрузки штабеля закрыть дверь сушильной камеры, контрольную дверцу и клапан системы выброса влаги. Проверить нормально ли функционирует система водооттока. Если есть признаки засорения, то необходимо его прочистить. Включить вентилятор и клапан системы нагрева, затем клапан рециркуляционного водопровода, предворительно прогреть штабель, после чего проводить сушку согласно всем правилам.

Техническое обслуживание

Техническое обслуживание во время эксплуатации

• проверить показания датчиков.
• если вентиляторы работают нестабильно и слышны посторонние звуки, необходимо сразу выключить электродвигатели и снова включить после устранения неполадок.
• постоянно следить нет ли течи или других неполадок в системе нагрева, увлажнения и др. При обнаружении немедленно починить.
• вовремя смазывать подшипники электродвигателей и клапаны

Техническое обслуживание после остановки работы

• после выгрузки штабеля необходимо проверить нет ли повреждений на корпусе и проверить прочность крепления. При обнаружении неполадок немедленно устранить.
• шарниры дверей сушильной камеры должны быть надежно и герметично закреплены. Если герметизирующая лента утратила эластичность, ее необходимо вовремя заменить.
• в системе нагрева и в местах соединения труб не должно быть течи, в случае обнаружения немедленно починить. Если трубы заржавели, необходимо удалить ржавчину и покрыть их антикоррозийным лаком.
• если форсунки системы увлажнения засорились, их необходимо прочистить или заменить после длительной эксплуатации
• проверить работу заслонок выброса влаги, при необходимости удалить с них загрязнение и смазать ходовой механизм.

Техническая профилактика

• вентилятор и электродвигатель надо вовремя смазывать термостойким маслом согласно инструкции.
• ремонт и техобслуживание электродвигателей для открытия заслонок, электромагнитных клапанов и др. осуществляется согласно инструкции.
• с наружных компонентов сушильной камеры, изготовленных из железа необходимо каждые 3—6 месяцев удалять ржавчину.

Установка

• После подписания контракта производитель обязуется представить инструкцию по монтажу с чертежами. Покупатель несет ответственность за строительство. При определении глубины фундамента необходимо учитывать географические особенности данной местности. При строительстве должны строго соблюдаться все размеры и места установки подпорок а также уровень фундамента. Производитель обязуется направить специалистов на место установки сушильной камеры и установить электрооборудование.
• Покупатель после получения товара должен по спецификации сверить наличие всех необходимых составляющих, их количество и качество. В случае обнаружения брака или каких-либо несоответствий покупатель немедленно должен проинформировать продавца. Если комплектация и качество товара соответствует документам, необходимо проинформировать поставщика чтобы он направил специалистов на установку.
• Продавец несет ответственность за проведение впускного труборовода от котельной до сушильной камеры. Рециркуляционный трубопровод, выходящий из сушильной камеры устанавливает покупатель. Остальную часть трубопровода устанавливает продавец.
• При установке электрооборудования покупатель делает электропроводку от контрольного шкафа до главного выключателя и проводит освещение в контрольной будке.
• Сторона ответственная за установку конкретной части трубопровода закупает все необходимое сырье.
• При установке сушильной камеры покупатель обеспечивает транспорт, водо- газо- и электроснабжение и все необходимые инструменты, а также оказывает всю необходимую помощь и обеспечивает штат работников.

Технические требования к установке сушильной камеры

• Перед установкой необходимо сверить размеры фундамента и высоту подпорок с чертежами. Если расхождения весьма существенны и могут повлиять на установку камеры, то этот вопрос решается совместно с покупателем.
• Допуск на размеры сушильной камеры (д*ш*в) не должен превышать + 0.5% от установленной нормы.
• Места соединения облицовочных листов изнутри должны герметизироваться, между листами не должно быть зазоров.
• Все болты должны быть крепко затянуты
• Вата должна быть плотно уложена
• В системе трубопровода не должно быть повреждений
• Электродвигатель должен быть прочно закреплен, расстояние м/у лопостями вентилятора и стенками должно быть не более 2мм. При работе вентилятора не должно быть слышно никаких посторонних звуков.
• Двери при опускании должны герметично закрываться.
• Алюминиевые заслонки должны находиться на одной высоте, открываться плавно и одновременно.
• Контрольная дверца должна герметично закрываться. Замок должен легко закрываться и открываться.
• Электрооборудование должно быть правильно подключено, провода внутри сушильной камеры должны быть высоковольтными.

Проверка

• Проверка оборудования и проведение пробной сушки проводится совместно специалистами обеих сторон.
• Перед началом работы необходимо проверить с оответствие монтажа основного технологического оборудования конструкторской документации .
• Проверка внтиляторов: вентиляторы должны вращаться равномерно, при работе не должно быть слышно никаких посторонних звуков. Проверить работу вентиляторов при прямом и обратном вращении не менее 10 минут в каждую сторону, затем снова включить все вентиляторы на 4 часа. После окончания проверки температура поверхности двигателя не должна превышать 60*С.
• Проверка радиаторов и системы водопровода: открыть клапан системы нагрева и проверить не протекает ли вода в местах сварки и на месте установки фильтра, проверить работу индикатора давления. Клапан должен свободно открываться и закрываться.
• Проверка трубопровода системы увлажнения: Открыть клапан системы увлажнения. Проверить не протекает ли вода в местах соединения труб. Каждая форсунка должна исправно функционировать.
• Загрузить штабель и включить систему нагрева. Дверь камеры и контрольная дверца должны герметично закрываться. Дверь камеры должна легко открываться.
• Проверка системы ваброса влаги: Включить электродвигатель для открытия заслонок и проврить их работу. Все заслонки должны открываться легко и одновременно.
• Проверка электрооборудования: Перед подачей питания проверить установку электрооборудования, правильность соединения проводов и заземление. Затем 500Вт мегомметром измерить сопротивление изоляции системы впускного и возвратного трубопровода. Оно должно превышать 1.5 МОм. Сначала подключить питание к неавтоматическим затем к автоматическим приборам и системам. Необходимо сначала проверить вентиляционную систему, затем систему отопления и увлажнения, затем систему контроля влажности, температуры и содержания влаги в древесине. Показания приборов должны быть точными и соответствовать требованиям стандарта.