Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Повышение энергоэффективности осциллирующей вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов. Монография

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 126 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

3.2. Экспериментальные исследования процесса осциллирующей

вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов с

использованием теплового насоса

Для осуществления предложенной технологии сушки была спроектирована и создана экспериментальная сушильная установка (рис. 3.5), которая включает в себя две герметичные вакуумные камеры 1 и 2, конденсатор 6, вакуумный насос 7 и два взаимообратных контура теплонасосного оборудования [55, 59, 144].

Каждый из теплонасосных контуров состоит из компрессора 5, дроссельного вентиля 8, испарителя 4 и конденсатора 3, который, в свою очередь, является теплоподводящим элементом нагревательных плит, установленных внутри камер для осуществления контактного нагрева материала [60-68].

Нагревательными элементами служат плиты специальной конструкции (рис. 3.6), состоящие из двух перфорированных металлических пластин с высокой теплопроводностью с вложенными в них змеевиковыми трубками – нагревателями (конденсатор теплового насоса). При необходимости интенсификации нагрева материала или при сушке при более высоких температурах в качестве дополнительного нагревателя в плиты внедрены гибкие электронагреватели.

Подготовленный материал укладывается между двумя нагревательными плитами. Благодаря чему тепловой подвод производится к обеим пластям материала на стадии нагрева, а удаление влаги на стадии вакуумирования происходит через перфорированные отверстия нагревательных пластин, что позволяет получить симметричное распределение влагосодержания в материале и, как следствие, баланс внутренних напряжений в процессе сушки.

Рис. 3.5. Экспериментальная установка для исследования

осциллирующей вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов:

а – схема установки; б – внешний вид

3 2 1 3 4

Работа теплонасосного оборудования заключается в следующем. После завершения начальной стадии нагрева материала дополнительным нагревателем в работу вступает первый теплонасосный контур, и начинается отбор тепловой энергии (испаренной из древесины влаги) у низкопотенциального теплоносителя. Для этого циркулирующий в замкнутом контуре хладагент в жидком состоянии поступает в дроссельный вентиль, где, расширяясь, переходит в парообразное состояние и в теплообменнике – испарителе теплового насоса (конденсаторе сушильной установки) достигает температуры кипения, тем самым отнимая из среды камеры тепловую энергию влаги, испаренной из древесины на стадии вакуумирования [8, 57]. Далее с помощью компрессора 5, который совершает механическую работу по сжатию паров хладагента (фреон R22), нагнетает его в конденсатор (змеевиковый теплообменник), внедренный в нагревательную плиту 3 камеры, находящейся на стадии нагрева материала. На этой стадии хладагент, конденсируясь, переходит в жидкое состояние, выделяя при этом тепловую энергию нагревательной плите для нагрева материала. Таким образом происходит передача тепловой энергии испаренной из материала 1 влаги на стадии вакуумирования для нагрева материала 2 в другой камере.

При достижении материалом заданного значения температуры на стадии нагрева в камере 2 происходит смена стадий нагрева и вакуумирования в камерах. Для этого первый контур выключается, и в работу вступает второй контур теплового насоса. При этом включается в работу система вакуумирования для создания разрежения в камере 2. Таким образом, окончание стадии вакуумирования в камере 1 совпадает с окончанием стадии нагрева в камере 2.

Рис. 3.6. Нагревательная плита

Процесс сушки с поочередной сменой стадий нагрева и вакуумирования продолжается до достижения конечного заданного значения влагосодержания материала. Подобное ведение процесса вакуумно-кондуктивной сушки позволяет вести одновременно щадящие и ускоренные режимы сушки с сохранением качественных характеристик высушиваемого пиломатериала.

Рис. 3.7. Графики протекания процесса осциллирующей вакуумно-

кондуктивной сушки: а – температурная кривая; б – кинематическая

зависимость давления в камере; в – кривая сушки

Для наглядности демонстрации смены стадий в камерах представлены кривые кинетики процесса сушки (рис. 3.7), согласно которым предположение о практически полном отсутствии удаления влаги из материала на стадии нагрева является верным.

С целью отработки режимных параметров был проведен ряд экспериментальных исследований процесса осциллирующей вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов с использованием теплового насоса в созданной экспериментальной установке. В связи с тем что в процессе сушки используются две камеры, было необходимо определение принципа смены стадий. Поэтому построены зависимости продолжительности стадии нагрева и вакуумирования от влажности материала (рис. 3.8), из которых были определены три варианта смены стадий в аппарате:

1) по продолжительности стадии вакуумирования;

2) по продолжительности стадии нагрева;

3) по максимальным значениям продолжительности двух

стадий.

Рис. 3.8. Зависимости продолжительности стадий нагрева

и вакуумирования от влажности материала

Как видно из графиков, стадия вакуумирования при высокой влажности материала протекает достаточно интенсивно, в связи с чем материал в другой камере не успевает набрать необходимой тепловой энергии. Отсюда смену стадий при высокой влажности материала необходимо проводить по продолжительности стадии нагрева.

При рассмотрении режимов для древесины с влажностью ниже предела насыщения клеточных стенок были построены зависимости величины влагосъема в материале от продолжительности стадии вакуумирования с понижением давления до 40, 60 и 80 кПа (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Зависимости величины влагосъема в материале (береза) от

продолжительности стадии вакуумирования: а – остаточное

давление 40 кПа; б – остаточное давление 60 кПа;

в – остаточное давление 80 кПа

вакуум

нагрев

вакуум вакуум вакуум вакуум вакуум вакуум нагрев

нагрев

Из полученных зависимостей установлено, что на момент достижения материалом заданной температуры влагосъем достигает в среднем 87 % от максимально возможной величины. Поэтому, смену стадий в камерах было решено проводить при достижении материалом, находящемся на стадии нагрева заданной температуры, что в конечном счете сокращает продолжительность всей сушки пиломатериала при незначительном увеличении числа циклов нагреввакуумирование.

Рис. 3.10. Показатели дополнительной тепловой энергии,

необходимой для компенсации тепловых потерь при ее передаче

На рис. 3.11 изображена зависимость скорости сушки материала от влажности при различных значениях температуры нагрева. Анализ графика показал, что во всем диапазоне влажности материала скорость сушки прямо пропорциональна уровню температуры материала.

Рис. 3.11. Зависимость скорости сушки от влажности материала

при режимах сушки с различными значениями температуры

материала

Далее для данной серии экспериментов были получены теоретические и экспериментальные зависимости, определяющие скорость изменения температуры материала в первой камере от скорости изменения влажности во второй при режимах сушки с различными значениями температуры нагрева. Выявлено, что с увеличением скорости сушки возрастает скорость нагрева. Полученные данные позволяют определить потерю тепловой энергии в процессе ее передачи как разницу между теоретическим и экспериментальным значениями (рис 3.12).

Рис. 3.12. Зависимость скорости изменения температуры материала

в первой камере от скорости изменения влажности материала во

второй камере

Проведены экспериментальные исследования влияния остаточного давления на стадии вакуумирования в процессе осциллирующей вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов. Понижение давления осуществлялось до 80, 60, 40 кПа, а повышение на стадии нагрева – до 50 0С (рис. 3.13). Анализ зависимости скорости сушки материала от влажности показал, что с увеличением глубины вакуума скорость удаления влаги возрастает, особенно это сильно заметно при удалении свободной влаги.

На основе полученных данных построены теоретические и экспериментальные зависимости, определяющие скорость изменения температуры материала в первой камере от скорости влагоудаления, во второй для различных значений остаточного давления (рис. 3.14),

которые в сочетании с графиками, представленными на рис. 3.12, позволяют оценить потерю тепловой энергии испаренной влаги в зависимости от интенсивности сушки материала.

Рис. 3.13. Зависимость скорости сушки от скорости изменения

влажности материала в первой камере при режимах сушки

с различными значениями вакуума

Рис. 3.14. Зависимость скорости изменения температуры материала

в первой камере от скорости влагоудаления при режимах сушки с

различными значениями вакуума

Из данных зависимостей видно, что с увеличением скорости сушки увеличивается расхождение между теоретической и экспериментальной кривыми, что свидетельствует об увеличении тепловых потерь до 14 % с ростом скорости сушки. Это может объясняться тем, что скорость нагрева лимитируется теплопроводностью материала. Таким образом, слишком высокая скорость сушки может приводить к большим потерям тепловой энергии, в связи с чем на стадии понижения давления в аппарате рекомендуется регулировать скорость сушки, задавая ее значение не более 0,15 %/мин, при этом теплопотери будут составлять не более 5 –

7 %.

Обобщая полученные результаты, получили усредненную зависимость соотношения экспериментальных и теоретических значений изменения температуры материала в одной камере от скорости сушки материала в другой (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Зависимость соотношения экспериментальных

и теоретических значений скорости изменения температуры

материала 2 от скорости сушки материала 1

По данным значениям был получен уточняющий коэффициент компенсации тепловых потерь для ввода в уравнение скорости нагрева материала (3.8). Физический смысл данного коэффициента заключается в расхождении между экспериментальными и теоретическими значениями скорости изменения температуры:

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 56 / 126 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]