Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Осциллирующая сушка-пропитка крупномерной древесины в жидкостях. Монография
.pdf
уменьшается, что объясняется увеличением массы бревна,
0
0,15
0,2
0,35
0,4
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5 4
5
R=
0,12
R=
0,10
mн·F, м2
радиуса бревна
0
0,05
0,1
0,15
0,25
0,08
0,09
0,1
0,11 0,115
mн·F, м2
приходящейся к 1 м2 ее поверхности.
∆m 1
R=0,09
R=0,11
0,3
0,05
0,1
4,5
τ, ч
Рис. 4.8. Относительное количество впитавшейся влаги в
зависимости от продолжительности нагрева
∆m 1
0,4
0,35
0,3
0,2
Рис.4.9. График зависимости относительного
количества впитавшейся влаги в зависимости от
0,095
0,105
τ = 5 часов
τ = 4 часа
τ = 3 часа
τ = 2 час
τ = 1 час
τ = 30 мин
лиственн
τ = 15 мин
0,12 R, м
В результате математической обработки результатов
экспериментальных исследований, представленных на рис. 4.9 – 4.9
была рассчитана необходимая минимальная разница температур на
стадиях прогрева и вакуумирования при осциллирующей сушке
61
древесины в гидрофильных жидкостях, обеспечивающая на стадии
0
10
20
40
50
60
70
90
100
110
0,07
0,11
0,13
0,15
вакуумирования удаление влаги, поглащенной древесиной при её
прогреве в жидкости (рис. 4.10). Так, для возможности сушки
оцилиндрованных бревен применительно к деревянному
домостроению (минимальный диаметр бревен 180 мм) до конечной
влажности 10 и 20 % минимальная разница температур на стадиях
прогрева и вакуумирования должна составлять более 50°. Отсюда,
если принимаем на стадии вакуумирования температуру среды 29 К,
то температура жидкости на стадии прогрева должна быть 353 – 363
К, что соответствует нормальным режимам сушки древесины и не
вызывает снижения физико-механических свойств. Кроме того, из
графиков видно, что с увеличением радиуса высушиваемого бревна и
с высокой текущей влажностью разница температур на стадиях
нагрева и вакуумирования может быть уменьшена, что объясняется
увеличением количества аккумулированной энергии на стадии
нагрева.
∆Т, К
80
U
= 10 %
кон
U
= 20 %
30
кон
0,05
Рис. 4.10. Минимальный перепад температур на стадиях
нагрева и вакуумирования в зависимости от радиуса
0,09
соснового бревна
R, м
В результате математического моделирования была
определена зависимость величины влагосъема от разности
62
температур на стадиях нагрева и вакуумирования и от радиуса бревен
. Зависимость величины влагосъема древесины за
2
3,5
4
5,5
30
R=
0,09 R=0,12 м R=
0,10
R=
0,15 м
2
4
0
,08
0,09
0,15
∆
Т=20° К
∆
Т=30° К ∆
Т=40° К
(рис. 4.11 и 4.12). Из графиков видно, что чем больше диаметр бревна
и разность температур, тем больше величина влагосъема, что
объясняется существенным увеличением количества аккумулированной тепловой энергии на стадии нагрева при незначительном
увеличении площади поверхности материала, способного впитать
влагу на стадии прогрева.
∆ U, %
5
3
2,5
15 20 25
35 40
∆Т, К
Рис. 4.11. Зависимость влагосъема древесины от разности
температур на стадиях нагрева и вакуумирования
∆ U, %
5
3
0,1
R, м
Рис. 4.12
один цикл «нагрев-вакуумирование» от радиуса бревна
63
ττττ
ττττ
ττττ
ττττ
ττττ
ττττ
ττττ
ττττ
Из графика изменения температурного поля березового
образца с начальной температурой Тм = 293 К в процессе
нестационарного нагрева в среде гидрофильной жидкости,
полученного в результате математического моделирования.
(рис. 4.13), видно, что кривые распределения температуры по
сечению материала носят параболический характер.
Т, К
340
330
320
310
300
290
Т
м. нач
0 2 4 6 8 10
12 14
Рис. 4.13. Изменение температурного поля пиломатериала
в процессе нестационарного нагрева
= 240 мин
= 210 мин
= 180 мин
= 150 мин
= 120 мин
= 90 мин
= 60 мин
= 30 мин
s, мм
На рис 4.14 представлены кривые, характеризующие время прогрева
круглой крупномерной древесины в зависимости от радиуса и
температуры среды. Как видно из графиков, с повышением
температуры и уменьшением радиуса время прогрева сокращается.
Из графика зависимости величины влагосъема за 1 цикл
осциллирующей сушки сырых бревен (U > 30%) в гидрофильных
жидкостях от остаточного давления в камере после первого периода
(рис. 4.15). Становится ясно, что при влажности материала выше 30%
разрежение в аппарате на стадии вакуумирования должно быть
максимальным, то есть должно определяться техническими
характеристиками вакуумного оборудования.
64
Проведенные экспериментальные исследования по осцилли-рующей
0
246
8
16
0,08
0,1
0,12
τ, ч
0
2
4
6
8
12 14
0,08
0,1 0,12 0,14
0 2
4
6
10
16
0,12 0,14
в)
τ, ч
сушке бревен с влажностью менее 30% в гидрофильных жидкостях
доказали необходимость регулирования глубины вакуума при
удалении связанной влаги в зависимости от текущей температуры и
радиуса бревна. Это объясняется низким массопереносом внутри
материала при данной
влажности, поэтому
существенное понижение
давления на этой стадии
приводит к интенсивному
испарению влаги с поверх-
а
14
12
10
343 °К
353 °К
363 °К
ностных слоев, и, как
следствие, вызывает
большой перепад влажнос-
0,14
б)
16
R, м
ти по толщине и развитие
внутренних напряжений
выше допустимых пределов. В связи с этим были
проведены иссле-дования
10
343 °К
353 °К
363 °К
величины остаточ-ного давления в аппарате в зависимости от толщины и
текущей температуры пиломатериала. В процессе
экспериментов значение Рационального давления, не
вызывающего существенных внутренних напряжений, определялось визуально по развитию поверхностных трещин.
Результаты исследований
представлены на рис. 4.16.
τ, ч
18
14
12
8
0,08
0,1
343 °К
353 °К
363 °К
Рис. 4.14. Кривые зависимости времени
прогрева крупномерной древесины:
а) сосна ; б) ель; в) береза
R, м
R, м
65
0 2
4
6
8
0
0
343
363
∆U,%
ель
10
сосна
береза
осциллирующей сушки в гидрофильных жидкостях от давления в камере
Рис. 4.15. Зависимость величины влагосъема за один цикл
20 40 60 80 100
на стадии вакуумирования
P, кПа
Р, кПа
90
80
70
60
50
40
30
20
10
323 333
90
353
120 150, мм
Т, К
Рис. 4.16. Экспериментальные данные зависимости рационального
давления на стадии вакуумирования от температуры материала
(сосна)
Как видно из графика, пиломатериалы большего диаметра
более подвержены развитию внутренних напряжений, и поэтому
66
регулирование давления в аппарате должно производиться в
зависимости от текущей температуры материала.
4.2. Исследования сушки-пропитки древесины
в гидрофобных жидкостях
Исследования сушки-пропитки древесины в гидрофобных
жидкостях проводились на описанной выше экспериментальной
установке (см. рис. 2.1 и 2.2). Результаты исследований совмещенной
сушки-пропитки представлены в виде графических зависимостей на
рис. 4.18 где сплошными линиями изображены изменения средних
плотностей и влажностей древесины, подвергшейся совмещенной
сушке-пропитке, а штриховыми линиями показаны значения средней
плотности, соответствующей сушке
материала в гидрофобной жидкости без
пропитки. Для определения средней
плотности образца при сушке в гидрофобной жидкости без пропитки поверхность
высушиваемой древесины укрывалась
непроницаемой пленкой из термостойкого
материала (рис. 4.17). При этом верхний
торец древесины оставался открытым, влага,
содержащаяся в древесине, в процессе
сушки удалялась через зазор между
материалом и влагонепроницаемой пленкой.
Расхождение между сплошной и
штриховой линиями характеризует начало
процесса пропитки древесины гидрофобной
жидкостью (сплошная линия). Анализ
данных кривых позволяет сделать вывод о
том, что процесс пропитки древесины при
Рис. 4.17. Подготовка
образца для проведения
сушки в жидкостях без
одновременной
пропитки.
высоких температурах агента сушки
начинается при более низкой средней влажности материала, что
67
может быть объяснено большим фильтрационным переносом
кг/м
Tср = 373
К
Tср = 363
К
Tср = 383
К
ττττ
ττττ
жидк
о
стях
свободной влаги древесины, препятствующим проникновению
гидрофобной жидкости. При удалении связанной влаги, когда
интенсивного молярного переноса не наблюдается, интенсивность
пропитки древесины растет: кривая плотности образца начинает
расти, после чего наблюдается её стабилизация.
ρρρρ,
3
650
600
550
500
450
400
350
0 5 10 15 20 25 30 35 40
U, %
а)
, ч
Tср = 363 К
Tср = 373 К
Tср = 383 К
Рис. 4.18. Кинетические кривые изменения плотности и средней
влажности соснового пиломатериала в процессе сушки в
б)
, ч
68
Снижение температуры среды в процессе пропитки при
375
8
ττττ
350
360
370
одновременном повышении давления в аппарате до атмосферного
приводит к интенсификации проникновения гидрофобной жидкости в
материал, вследствие конденсации водяных паров в поверхностных
зонах древесины и
кг/м
ρρρρ,
3
Т, К
созданию разрежения в
полостях клеток (рис.
390
4.19).
На рис. 4.20
редставлены кривые
изменения влажности образца по времени при
475
различных режимах сушки в гидрофобной жидкос-
425
ти. Анализируя полученные кривые. можно сделать вывод, что при
16
32
40
, час
осциллирующем режиме
ведения процесса сушки в
гидрофобной жидкости,
скорость процесса ниже,
чем при классической
технологии с постоянной
Рис. 4.19. Кинетические кривые
изменения температуры и плотности
в процессе совмещенной сушки-
пропитки березы в расплавленном
парафине
выдержкой материала в
гидрофобной жидкости. Однако анализ высушенных образцов
показал, что осциллирование позволяет снизить перепад влажности
по сечению материала (рис. 4.21). Поэтому сушку в гидрофобных
жидкостях целесообразно проводить по классической технологии, но
при переходе на следующую ступень режима производить слив
жидкости и осуществлять выдержку под вакуумом, что позволит
периодически выравнивать влажность по сечению материала.
69
10
30
40
50
60
0
5
10
25
35
353 К
343 К
U
, %
30
70
90
30
333 К
353 К
U
, %
τ, ч
1,5 2
1 2 4
3
5
7 8
6
70
358 К
20
30
а)
40
τ, ч
N, 1/с
10
б)
0,5
Рис. 4.20. Кривые сушки и скорости сушки сосновых бревен в
гидрофобной жидкости: а) постоянный режим сушки; б)
осциллирующий режим сушки; в) кривые скорости сушки:
– при тепературе 80 °С; 2 – при осциллирующем режиме 80 °С;
1
3 – при осциллирующем режиме 70 °С; 4 – при температуре 70 °С; 5
–
при температуре 60 °С; 6 – при осциллирующем режиме 60 °С; 7 –
в)
U, %
при осциллирующем режиме 90°С; 8 – при температуре 90°С
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]