книги из ГПНТБ / Шубин Г.С. Физические основы и расчет процессов сушки древесины

Формула в виде (5.7.25) для определения длительности высокотем­

риалов) отмечается тенденция к нелинейному характеру темпера­ туры в периферической зоне и тогда формулы с л > 1 могут дать более точный результат. Для условий сушки в жидкостях ( B i ^ - o o ) выражения для неполного выки­ пания имеют вид:

К

жанием может быть различной, определяемой характером распре­ деления влаги. Если взять случай, при котором сушка осуществля­ ется путем углубления зоны кипения, влагосодержание во время процесса в центре остается на уровне WH (в первом приближении это можно считать приемлемым для наиболее трудносохнущих ма­ териалов), а переходное влагосодержание Wnep постоянно, искомая связь может быть установлена на основании элементарных сообра­ жений (рис. 5.7.2, а):

(х исчисляется от поверхности). Отсюда

191

W„ — W„ w„-w, пер

Кроме того, вместо величины Wnev в (5.7.24) может применяться величина WK>WUev Уравнение (5.7.30) совпало с выражением, по-

R \

00,9£ \

лученным при помощи формулы (5.6.8) автора В. П. Ловецким (СибТИ) применительно к сушке лиственницы, использовавшим не­ сколько иной подход. Вместе с тем очевидно, что данная схема рас­ пределения влаги не является универсальной. Даже при сушке ли­ ственницы (см. рис. 4.2.3) кривые распределения свидетельствуют о понижении влагосодержания в центральных зонах в процессе вы­ сокотемпературной сушки. Более универсальной, как показывает сопоставление опытных и расчетных данных, является схема в со­ ответствии с рис. 5.7.2, б, в которой кривые линии представляют со­ бой параболы второй степени. Тогда выкладки, аналогичные при­ веденным выше, дадут выражение

на основании которого построен график (рис. 5.7.3). Пользуясь им, можно по фактической величине

192

определить — и подставить в формулу (5.7.22). Кривая сушки, по­ строенная по этой методике для условий опыта: береза, ^С = 118°С, / М = 1 0 0 ° С , сечение 43X165 мм, р у с л = 4 5 9 кг/м3, v = 3,2 м/сек, Wu =

= 56%, Wmv= 14,5%, - ^ = 0 , 0 3 7 ; - ^ - = 0 , 0 5 7 7 , приведена на рис. 5.7.4

(на нем нанесены также точки опытных данных). Совпадение ре­ зультатов удовлетворительное.

показывают эксперименты для основных пород (сосна, ель, береза), подвергаемых высокотемпературной сушке, может в соответствии с экспериментами приниматься равной 100° С. Коэффициент тепло­ обмена должен приниматься по данным гл. 3, а теплопроводности — по данным гл. 2 при расчетных значениях ^р а сч и Wp a o4 в периферий­

почти не влияет на величину А. Поэтому в качестве расчетных реко­

нию с экспериментальными. Для второго этапа процесса высокотем­

характер этой зависимости изображен на рис. 5.7.5. Если принять эту кривую за параболу со степенью п ( п > 1 ) , получим

(5.7.35)

пер"

Решение уравнения (5.6.2) не для середины пластины, а для сред­ ней температуры можно получить в виде [29]

Сопоставление результатов расчетов по (5.6.12) и (5.7.39) показы­ вает, что использование формулы (5.7.39) дает большие значения т (примерно на 15—30%), что в ряде случаев приводит расчеты в лучшее соответствие с экспериментами.

Стыкование формул для стадии выкипания влаги и следующей за ней можно сделать не только по изменению температурной кри­ вой, но и аппроксимируя кривую скорости сушки, которая в общем случае, как отмечалось в гл. 4, может иметь один из трех видов (см. рис. 4.2.2). При высокотемпературном процессе преимущественно имеет место кривая 2. Такой вид кривой соответствует линейной

аппроксимации зависимости t4 = f(U) и, следовательно, формуле (5.6.12). Он характерен для интенсивного хода процесса при высо­ кой температуре материала. Вместе с тем в некоторых случаях и

194

при высокотемпературной сушке более трудносохнущих" материалов зависимость

может быть близка к линейной. В этом случае структура формулы

2К (В. П. Ловецкий, СибТИ). Наконец, может быть случай, когда

зависимость

dW

при высокотемпературном процессе на второй стадии будет иметь

в общем .случае выражение (5.6.12) при аппроксимации второго пе­ риода по скорости сушки можно записать в виде

где величина С при сушке пиломатериалов принимает реально зна­ чения 2—4. Чем толще материал и больше величина критерия B i , тем меньше значения С и наоборот. Расчеты по формулам (5.7.39) :* (5.7.40) дают примерно одинаковые результаты, если принять в по­

температурного процесса.

Так, в отличие от низкотемпературного процесса существенно иным оказывается при высокотемпературной сушке влияние породы древесины. В последнем случае порода влияет через плотность р у с л .

нии породы в значительной степени взаимно компенсируются. При­

лено на рис. 5.7.6. Влияние температуры при прочих равных усло­ виях оказывается существеннее при сушке более толстого мате­ риала; влияние скорости циркуляции постепенно снижается и при у > 4 , 5 — 5 м/сек становится незначительным. Показатель сте­ пени в выражении

характеризующий влияние толщины, является непостоянным в раз­

В производственных условиях пиломатериалы и заготовки су­

как единичные сортименты. В остальных зонах материалы сохнут при других температурно-влажностных условиях, замедляющих процесс высыхания. Анизотропия древесины, неоднородность от­ дельных досок в штабеле и ряд других заранее неизвестных или не­ точно установленных факторов также усложняют расчет по сравне­ нию с сушкой единичных сортиментов.

Применявшаяся до недавних пор для производственных рас­

основанная на введении поправочных коэффициентов (на породу, толщину, ширину, циркуляцию, качество, влагосодержание), исчис-

196

ляемых по отношению к продолжительности сушки материала определенной характеристики (условный материал) построена на

в основу производственных расчетов методы, базирующиеся на фи­ зических закономерностях процесса, в частности разработанные в МЛТИ. Эти производственные методы создавались в течение ряда лет. Они знаменуют собой большой этап работы, прошли проверку временем и дали лучшие результаты по сравнению с другими мето­ дами.

Некоторые новые разработки (см. гл. 5), появившиеся после со­ здания РМ, следует рассматривать как дальнейшее развитие мето­ дов, создававшихся в МЛТИ, которые для производственных целей требуют соответствующего оформления.

Методы практических расчетов удобно рассматривать отдельно для следующих основных случаев: камеры периодического действия (низкотемпературный процесс)—автор П. С. Серговский; камеры периодического действия (высокотемпературный процесс); камеры

использовании приближенных аналитических формул с некоторым их упрощением, но без существенного изменения их структуры. Факторы, замедляющие сушку в штабеле, определяемые интенсив­ ностью испарения влаги и ее количеством, что в свою очередь опре­ деляется породой, толщиной, влагосодержанием, объемом матери­ ала, параметрами (особенно скоростью циркуляции) среды, могут быть учтены путем предварительных расчетов динамики позонного высыхания, а также путем сравнения расчетной (по формулам еди­ ничных сортиментов) длительности сушки с длительностью произ­ водственных сушек. Результатом учета этих факторов должен быть коэффициент замедления сушки в штабеле, вводимый в расчетную формулу.

Для облегчения расчетов отдельные величины и их комплексы, входящие в формулы, представляются в графическом виде.

Рассматриваемый вариант методов, основанный на непосредст­ венном использовании приближенных аналитических формул, мо­ жет быть рекомендован для тепловых и аэродинамических расче­ тов, сравнительного анализа работы камер, расчетов продолжитель­ ности камерной сушки при определенных контролируемых условиях процесса.

У к р у п н е н н ы й в а р и а н т методов расчета предназначен для решения более узкого, но важного круга задач, а именно: опре­ деления длительности сушки по рекомендуемым режимам и, следо­ вательно, расчетов производительности, планирования и перевода в условный материал.

197

Расчет производится по простой, удобной для пользования фор­ муле, включающей величину т и с х , — продолжительность сушки пи­ ломатериалов различных типоразмеров в диапазоне влагосодержа­ ния от 60 до 12% в камерах определенного типа для режимов опре­

Расчеты по ней включают также длительность начального про­ грева и влаготеплообработок. Фактический набор коэффициентов для трех основных случаев сушки имеет вариации и проводился на основании анализа исходных (универсальных) формул.

При расчете коэффициентов Ах производились некоторые усред­ нения, в связи с чем формулы для укрупненных расчетов уступают по точности формулам универсального метода.

В варианте, разработанном для руководящих материалов, все величины, входящие в формулы типа (6.1.2), представлены в таб­ личном виде.

А. К А М Е Р Ы П Е Р И О Д И Ч Е С К О Г О Д Е Й С Т В И Я . Н И З К О Т Е М П Е Р А Т У Р Н Ы Й П Р О Ц Е С С

6.2. УПРОЩЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ФОРМУЛЫ

Проведенные в 1964—1968 гг. в МЛТИ сравнительные расчеты по различным вариантам имевшихся к тому времени формул для низкотемпературной сушки и сопоставление их результатов с опыт­

стую формулу (5.3.24) для всего диапазона влагосодержания с ис­ пользованием в качестве расчетного размера гидравлического

параметры изменяются скачкообразно. Эти изменения координиро­ ваны по влагосодержанию материала, что позволяет использовать

четов длительности сушки по одному режиму слишком сложно для производственных условий. В связи с этим предложено [213] при­ менять для одноразового расчета длительности сушки пиломатериа-

198

лов по многоступенчатым режимам формулу типа

в него величины не зависят от параметров отдельных ступеней ре­

в котором величина а'м определяется по средней величине темпера­

туры tM на первых ступенях сушки.

Формула (6.2.2) получена П. С. Серговским для условий изме­ нения относительной влажности воздуха в обычном диапазоне: от

коэффициент ЛФ , учитывающий влияние фактической величины щ:

Этот коэффициент зависит от начального влагосодержания пи­ ломатериалов (рис. 6.2.1).

6.3. УЧЕТ ЗАМЕДЛЕНИЯ СУШКИ .ПИЛОМАТЕРИАЛОВ В ШТАБЕЛЕ

Для определения количественных значений замедления сушки в штабелях низкотемпературных камер периодического действия был использован [213] комбинированный метод. Влияние скорости

199

циркуляции, ее характер и ширина штабеля определялись на осно­ вании расчетов по выражениям

цесса для отдельных этапов сушки и зон штабеля. Влияние осталь­ ных факторов было определено на основании статистической обработки большого количества производственных данных и их со­ поставления с формулами для единичных сортиментов. Это дало возможность ввести в эти формулы специальные коэффициенты за­ медления сушки в штабеле С.

Предварительный анализ показал, что совместное влияние же­

Начальное влагосодержание оказывает заметное влияние на ве­ личину С в диапазоне AWH лишь до 30% и может без существенной погрешности не учитываться при распространенном начальном вла­

время достижения этого состояния не будет зависеть от того, явля­ ется ли циркуляция реверсивной или нереверсивной. Если оконча­ нием процесса считать не только достижение заданного конечного влагосодержания, но и определенной равномерности просыхания, то при нереверсивной циркуляции потребуется на 12—15% больше времени, чем при реверсивной. Отсюда в расчетную формулу вво­

200