Современные способы сушки древесины
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Сушка древесины 4
1.1 Естественная сушка (атмосферная сушка) 6
1.2 Камерная сушка древесины 7
1.3 Контактная сушка 9
1.4 Сушка в СВЧ 9
1.5 Сушка в жидкостях 11
1.6 Индукционная сушка 11
1.7 Ротационная сушка 12
1.8 Радиационная сушка 12
1.9 Диэлектическая сушка 13
1.10 Пресс-вакуумная сушка древесины 13
2. Дефекты сушки пиломатериалов и их предупреждение 15
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 18
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 19
ПРИЛОЖЕНИЕ 20
ВВЕДЕНИЕ
Сушка древесины – процесс удаления влаги из древесины путем испарения, один из важнейших этапов подготовки древесины к работе, т.к. сухая древесина обладает высокой прочностью, меньше коробится, не подвержена загниванию, легко склеивается, лучше отделывается, более долговечна, готовые изделия не растрескиваются. Любая древесина очень чутко реагирует на изменение влажности окружающей среды. Это свойство является одним из недостатков пиломатериалов.
Физическая сущность процесса сушки заключается в том, что нагретый воздух направляется к сырому материалу, с которым он при соприкосновении отдает свое тепло, а сам охлаждается. Влага в древесине за счет восприятия тепла превращается в парообразное состояние.
Цель сушки: превращение из природного сырья древесины в промышленный материал, с улучшенными биологическими и физико-механическими свойствами.
Задачами процесса являются: придание древесине биологической стойкости, увеличение прочности древесины, улучшение качества древесины.
1. Сушка древесины
В растущем дереве, его пористая структура заполнена соками, необходимыми для жизнедеятельности, которые начинают испаряться при сушке срезанного дерева. Сам процесс испарения соков идет неравномерно и значительно медленнее, чем испарение обычной воды, что обусловлено неоднородной структурой строения древесины в поперечном и продольном направлениях, а также некоторыми другими причинами. Известно, что влага, содержащаяся в древесине, значительно быстрее испаряется из торцов заготовок и с их поверхностных слоев. По этой причине древесина во время сушки трескается и коробится. Этому особенно подвержены заготовки значительного объёма, именно по этой причине сушку объёмных заготовок проводят в медленном режиме. Время естественной сушки может занять от нескольких месяцев до нескольких лет, в зависимости от вида древесины.
При сушке древесины одновременно происходят два основных процесса: испарение соков с её поверхности и перемещение соков от центра заготовки к ее поверхностным слоям (имеются в виду именно древесные соки, т.к. процесс их испарения имеет свои особенности). Испарить из древесины соки (раствор минеральных веществ) значительно труднее, чем удалить из нее обычную влагу. Народные умельцы издревле знали об этой особенности и для ускоренной сушки древесины, с успехом пользовались вываркой в воде.
Процесс сушки свежезаготовленной древесины подразделяют на два этапа. Первый этап - влажность древесины доводят до природной, то есть до влажности, которую можно получить при естественной (атмосферной) сушке. Второй этап - древесину досушивают до влажности, необходимой для изготовления, например, столярных изделий.
Старые мастера, работающие с деревом, предназначенные для сушки брёвна, предварительно очищенные от коры, держали по несколько месяцев на открытом воздухе под навесом.
Торцы бревен замазывали краской, смолой, варом, и т.д. После чего брёвна распиливали на доски и брус, которые затем выдерживали еще в течение года под навесом, а то и больше. Только после такой продолжительной подготовки древесину досушивали до необходимой для изготовления столярных изделий влажности.
Для изделий, которые будут эксплуатироваться на открытом воздухе, достаточно усушки до 12-18%, то есть естественной (атмосферной) сушки. Изделия, предназначенные для отапливаемых помещениях, должны быть изготовлены из древесина влажностью не более 8-10%, в данном случае естественной сушки явно недостаточно.
Влажность древесины в настоящее
время определяют специальными приборами-влагомерами,
раньше не было такой возможности и влажность
определяли "на глаз" и по весу материала.
Как известно, электропроводность древесины
напрямую зависит от ее влажности. Так,
пропуская электрический ток через иглы
электровлагомера, на шкале прибора довольно
четко фиксируется влажность древесины.
Если при обработке рубанком стружка легко
сминается в руке – значит древесина влажная.
Если стружка рассыпчатая и ломкая, то
материал довольно сухой.
Чересчур влажная древесина режется легко,
но качественная резьба не получится,
потому что деформации материала в этом
случае неизбежны. Но самым главным измерительным
прибором был опыт мастера.
При испарении соков, в древесине образуются микропустоты, их заполняет воздух, что ведёт к постепенной усушке. При быстром, а следственно неравномерном испарении влаги, а также в результате неоднородной усушки в противоположных направлениях, в заготовке возникают значительные внутренние напряжения, приводящие к растрескиванию. Медленная сушка древесины в чурбаках, позволяет значительно уменьшить внутреннее напряжение и следственно появление трещин.
В обыденности, способы сушки всегда определялись местными климатическими условиями, тем, где осуществлялась сушка, видом древесины, возможностями мастеров и конечным назначением древесины. Поэтому в разной местности встречаются различные способы сушки. В условиях климата Средней Азии и особенностей распространенной там древесины, пиломатериалы сушили, зарывая их в глубокие ямы, расположенные под лёгким навесом. В России доски сушили сложенными в штабелях, также под навесом. В годы Второй Мировой войны в для ускорения процесса сушки, заготовки вываривали в различных жидкостях.
Несмотря на всё разнообразие способов сушки, задачи всегда были одни и те же: удалить из пиломатериалов излишнюю влагу, по возможности не допуская появления трещин, ускорить сушку. В промышленных условиях быструю сушку производят в специальных сушильных камерах, но даже при использовании форсированных режимов, время полной сушки измеряется сутками и даже десятками суток. Например, для досок (сосна) толщиной 50 мм и влажностью около 60% сушка до влажности 12% продолжается не менее 5 суток. При этом выход качественного материала далеко не гарантирован. В связи с этим качественную древесину по-прежнему получают путём сушки ее в естественных (атмосферных) условиях: доски, заложенные на сушку в штабеля 3-4 года назад, пускают в дело, а их место занимают свежие.
При подготовке для сушки брёвен, сначала обрабатывают их торцы, при помощи тяжёлого молотка ("заминают торцы"). Затем торцы обмазывают смолой, краской или клеем. Если брёвна свежеспиленные, их торцы сначала просушивают при помощи паяльной лампой. Сучковатые стволы стараются разрезать, таким образом, чтоб у торцов полученных заготовок оставались мутовки из сучков, что значительно уменьшит вероятность появления больших трещин на торцах. Данный прием особенно хорошо подходит для сушки стволов фруктовых деревьев.
Брёвна при сушке частично очищают от коры, что позволяет не допустить загнивания древесины и её поражение жуками древоточцами. Хорошо по всей длине ствола оставить кольца из коры, которые будут выполнять роль обручей, препятствующих возникновения больших трещин, но данный приём срабатывает далеко не всегда.
В чурбаках, почти без трещин высыхает липа, береза, тополь, ольха, осина. Тяжёл в сушке клен, граб, ясень, бук и садовые деревья.
Сначала лучше сушить заготовки в сухом неотапливаемом помещении, имеющем вентиляцию, но без сквозняка. Стоит учесть, что резкие перепады температуры в диапазоне 30-40 градусов при сушке свежеспиленной древесины крайне нежелательны.
Естественно, что все эти условия необходимо соблюдать при сушке хоть сколь значимых объёмов пиломатериалов, в любительской же практике, как правило, достаточно оставить сырую заготовку на чердаке или сарае. В городских условиях для сушки небольших чурбаков можно использовать балкон или лоджию.
Рассмотрим подробнее
различные способы сушки
1.1 Естественная сушка (атмосферная сушка)
Это самый древний и самый простой способ сушки древесины. (Приложение. Рисунок 1)
Сухая древесина складируется на открытом месте или под навесом. Источником энергии, необходимой для удаления влаги из древесины, являются солнце и ветер. Интенсивность процесса сушки, а также конечная влажность древесины зависят от текущих погодных условий и, следовательно, изменяются во времени.
В летние месяцы теоретически
можно высушить пиломатериал до 12-13%
влажности. В действительности влажность
древесины в штабеле на несколько
процентов выше, так как влажность
внутри древесины достигает
В зависимости от типа и толщины древесины, естественная сушка продолжается от 3-х месяцев до 3-х лет. Многое зависит от того, в какой месяц был выставлен штабель. Во время исследований, проведенных в 70-е гг. на Хайнувских деревообрабатывающих предприятиях (Польша), влажность свежих дубовых досок, уложенных в штабели в июле, достигла примерно 20% в течение 15-18 дней. Влажность таких же досок, уложенных в октябре, достигла данного уровня только через 220-240 дней. При регулярном укладывании в течение года большинство (около 54%) досок достигало желаемого уровня конечной влажности в мае. Таким образом, существует проблема обеспечения непрерывности производства.
Естественная сушка требует
наличия как больших
Несомненным преимуществом этого способа сушки является высокое качество продукции. Согласно немецким данным, немногочисленные повреждения появляются только в случае чрезвычайно интенсивного солнечного излучения, так как на солнце внешняя поверхность древесины быстро нагревается, а внутренняя остается сырой, вследствие чего могут образовываться трещины и дерево может начать коробиться.
Считается, что сушка досок,
поставленных на кромки, происходит быстрее,
так как они лучше
При сушке древесины на торцах всегда образуются трещины, поэтому заготовки должны быть немного большей длины, чем будущее изделие, т.к. после сушки придется отпилить треснувшие концы.
Заготовки больших размеров и повышенной влажности, просыхают в течении 2-3 лет, что является основным недостатком данного метода. Из достоинств же можно выделить отсутствие затрат и простота проведения сушки древесины.
Атмосферную сушку широко используют для подсушки экспортных пиломатериалов на заводах с сезонной отгрузкой продукции (в морских портах). Целесообразно применять ее в качестве этапа, предшествующего сушке древесины в камерах.
1.2 Камерная сушка древесины
С точки зрения теории деревообработки, камерная сушка (Приложение. Рисунок 2) древесины (в отличие от атмосферной сушки, контактной, ротационной, сушки в жидкостях и электрическом поле ТВЧ) - это процесс по удалению влаги из древесины с помощью специального термообрабатывающего оборудования - сушильных камер, оборудованных системами вентиляции, увлажнения и подогрева.
Камерная сушка дерева
- ГОСТ 19773-84: Пиломатериалы хвойных пород. Режимы сушки в противоточных камерах непрерывного действия;
- ГОСТ 18867-84: Пиломатериалы хвойных и лиственных пород. Режимы сушки в камерах периодического действия;
- "Руководящие материалы по камерной сушке пиломатериалов";
Камерная сушка как
технологический процесс
- начальная влаготермообработка;
- сушка;
- промежуточная влаготермообработка;
- конечная влаготермообработка;
- подсушка;
- кондиционирование.
Камерная сушка состоит из следующих основных этапов:
- подготовки сушильной камеры;
- подготовки материала;
- сушки материала;
- выгрузки и выдержки в остывочном помещении;
- контроля влажности материала.
На деревообрабатывающих предприятиях камерная сушка дерева широко распространена и происходит примерно следующим образом: в огромном цеху (или на открытой площадке) находятся сушильные камеры. По рельсам перемещаются специальные тележки, которые транспортируют внутрь сушильных камер пиломатериалы в штабелях, где впоследствии они в течение определенного времени,время назначается согласно свойствам древесины, (Приложение. Таблица 1. Породные особенности древесины) высушиваются в газообразной среде (как правило, это нагретый воздух или пар).
Среди прочих других способов удаления влаги содержащейся в древесине, камерная сушка - весьма эффективный способ, т.к. он не зависит от различных внешних факторов, таких как погодно-атмосферные условия. К тому же, при неизменно высоком качестве сушки и невысоком проценте брака, на весь процесс сушки уходит весьма небольшое время (куда меньшее по сравнению с атмосферной сушкой). Кроме того, камерная сушка характеризуется вовлечением в управление процессом сушки как человека, так и высокотехнологичных компьютеризированных систем автоматики. Простота управления процессом, обилие различных программ сушки и возможность настраивать практически любые параметры позволяют получать на выходе пиломатериалы практически любого уровня влажности.
Очень важно иметь ввиду,
что большое влияние на сохранение
необходимой формы и
Первый этап
Принято различать следующие
- мягкие режимы,
- нормальные,
- форсированные режимы сушки,
- высокотемпературные режимы сушки древесины.
Выбор режима сушки осуществляется в соответствии с толщиной высушиваемого материала, его породы и назначения.
Каждый из доступных режимов низкотемпературной сушки состоит из трех различных вариантов состояния воздуха в сушилке.
При влажности высушиваемого материала 30% осуществляется переход от 1-й ступени ко 2-й ступени камерной сушки древесины. При влажности древесины 20% - от 2й ступени - к 3-й. В ходе каждого перехода влажность воздуха в камере понижается, а его температура - повышается.
Режим высокотемпературной
камерной сушки имеет всего 2 ступени
(от 1-й ко 2-й ступени переход
выполняется при влажности
Продолжительность сушки древесины и коэффициенты сушки рассчитываются по таблицам, которые можно найти в ГОСТ 19773-84 и 18867-84.
В зависимости от режима работы различают сушильные камеры периодического и непрерывного действия.
В камерах периодического действия загрузка сырого и выгрузка сухого материала происходят с одного конца камеры.
В камерах непрерывного действия
сырой материал загружается на одном
конце камеры (сыром), а сухой —
выгружается на другом (сухом). Температура
и влажность сушильного агента в
камере изменяются от сырого конца
к сухому: температура повышается,
а относительная влажность
Преимуществами камерной сушки являются возможность высушивания материала до необходимой влажности (ниже 18-20%), осуществление постоянного контроля и возможность регулирования процесса сушки, экономия времени для подготовки древесины к обработке и сокращение производственных площадей.
1.3 Контактная сушка
Контактная сушка (Приложение. Рисунок 3) обычно применяется для тонких плоских материалов. В деревообработке она используется для сушки шпона и фанеры, а иногда для сушки гнутых деталей (в горячих шаблонах). При контактной сушке тепло высушиваемому материалу передается непосредственным соприкосновением древесины с нагретыми плитами. Основное преимущество состоит в том, что сушка протекает в течение нескольких минут. Недостатком такого способа является относительное потемнение древесины снаружи при чрезмерной выдержке.
1.4 Сушка в СВЧ
Данный вид сушки проводится на высоких частотах 460, 915— 2500 МГц. Поэтому энергия СВЧ-поля передаётся в древесину путём излучения свободных, не связанных линией передачи энергии (контуром) колебаний в пространство герметичной металлической камеры, где располагается штабель пиломатериалов. В этом случае взаимодействие электромагнитного поля с древесиной максимально и не зависит от характеристик древесины и нагрузочных способностей генераторов. Генераторы пространственно разнесены с высушиваемым материалом. Условия сушки близки к оптимальным.
К достоинствам этого метода можно отнести, что качество сушки близко к естественному, высокая скорость сушки. Не требует коммуникаций, мобильна, имеет малые размеры.
Недостатки. Высокая стоимость магнетронных генераторов и малый ресурс их работы (около 600 ч). Большие энергетические затраты. Трудность контроля процесса (над температурой среды и древесины, в силу специфики микроволновой энергии). Частота случаев возгорания материала изнутри. Малый объём одновременно высушиваемых пиломатериалов: объём загрузки — до 7 м3 для хвойных пород и до 4,5 м3 для твёрдолиственных. Комбинированный СВЧ-способ ещё мало изучен, и режимы сушки не отработаны.
Характер процессов, происходящих
при сушке пиломатериалов в СВЧ-печи
(СВЧ электромагнитном поле) не отличается
существенно от сушки другими
методами. Отличие состоит лишь в
способе нагрева
Первый этап — разогрев с отпариванием. При СВЧ-сушке с нагревом заложенного объёма пиломатериалов и находящегося в них объёма воды до температуры 55— 60°С, при которой начинается сушка. Одновременно с этим при отключенной вентиляции вытяжки идёт увеличение влажности воздуха в сушильной камере до 100% и более. Это обеспечивает отпаривание древесины. Последнее необходимо для снятия имевшихся в древесине напряжений и улучшения влагопроводности поверхностных слоёв пиломатериалов. Для рекомендуемых объёмов закладки и располагаемой энергетики СВЧ-печи длительность первого этапа составляет 6— 8 ч. Характерными признаками конца первого этапа являются накопление в сушильной камере воды в виде капель на стенках и даже небольших луж.
Второй этап — собственно сушка с выпариванием основной влаги; является логическим продолжением первого этапа. Сущность этого этапа — удаление интенсивно выделяющейся влаги из пиломатериалов при их дальнейшем нагреве. Величина подъёма температуры при этом может составлять всего 5— 10°С, т. е. 60— 70°С в конечном итоге. Для удаления большого количества выделившейся влаги из камеры вентилятор работает в усиленном режиме. Далее, с выпариванием основного объёма влаги из слоистых структур древесины начинаются процессы выпаривания влаги из клеточных структур (обычно это наступает при влажности древесины 24— 30%). Интенсивность выхода влаги при этом существенно замедляется. Подаваемая к пиломатериалам энергия начинает всё больше тратиться на их нагрев, что приводит к возрастанию температуры до значения, заданного оператором. Усиленный режим работы вентилятора в этих условиях может привести к снижению влажности до низких уровней порядка 25— 30%, что затрудняет выход влаги с поверхности. Таким образом, нарастание температуры пиломатериалов до заданной величины может служить критерием для перехода к третьему этапу (для задания нового значения температуры и режима работы вентилятора вытяжки).
Третий этап — досушка пиломатериалов до нижнего (заданного) порога влажности. Он характеризуется сушкой в жёстких режимах, прежде всего температурных. Целью введения таких режимов является эффективное и быстрое удаление клеточной влаги. Для поддержания хорошей влагопроводности поверхностных слоёв древесины уровень влажности в сушильной камере должен быть вновь высокий, порядка 70%. С этой целью вентилятор вытяжки переводится в нормальный режим работы, а температура сушки поднимается на 5— 10°С.
Необходимо осознавать, что длительная сушка пиломатериалов в жёстких режимах, особенно трудносохнущих пород (дуб, ясень), может привести к потемнению древесины и к внутренним трещинам в ней. Критерием окончания третьего этапа является достижение требуемого уровня влажности.
Четвёртый этап — охлаждение пиломатериалов до температуры внешней среды. Это производится вне СВЧ-сушки, и тем самым повышается производительность:
Охлаждение проводится естественным путем без выгрузки пиломатериалов из камеры. СВЧ-печь отключается, створки дверей приоткрываются, пиломатериалы остывают за счет конвекции. Разность температур пиломатериалов и внешней среды при выгрузке не должна быть более 20°С. Обычно длительность остывания пиломатериалов составляет 5— 6 ч.
Следует отметить, что выделение
описанных выше этапов условно и
их длительность и соотношение определяются
многими факторами: видом и сортиментом
древесины, начальной влажностью, начальной
температурой пиломатериалов, объёмом
закладки. Очевидно, что при начальной
влажности этапа 30— 40% сушка по условиям
второго этапа может и не проводиться,
а длительность первого этапа
будет меньше. Все эти особенности
необходимо учитывать и сверять
с реальными параметрами
1.5 Сушка в жидкостях
Используя этот метод, сырая древесина опускается в ванну с некоторым маслянистым веществом, которое нагревают до температуры 100°С. Пар, который образуется при кипении воды в древесине, имеет упругость больше атмосферного давления. Поэтому, преодолевая сопротивление масла, в котором находиться древесина, он будет стараться выйти на воздух.
На этом физическом явлении основан способ сушки дерева в емкостях с петролатумом, очищенное высоковязкое масло и отходы от химической переработки нефти - смесь парафинов и церозиев, таков состав петролатума. При сушке дерева в петролатуме, температура которого 120°-130°, процесс осуществляется в 5-7 раз быстрее, чем в сушильных камерах. Однако, у этого способа есть один большой недостаток.
Это проникновение петролатума в древесину. Это ведет к тому, что загрязненная петролатумом древесина плохо поддается механической обработке, ее сложно склеить и невозможно провести качественную отделку лаком. Из-за этого сушку в жидкостях применяют только в том случае, если не требуется дальнейшая механическая обработка дерева. Обычно такую сушку используют мелкие предприятия, выпускающие шпалы и детали для инженерных сооружений.
1.6 Индукционная сушка
Этот вид сушки основан на передаче теплоты материалу от ферромагнитных элементов (сеток из стали), уложенных в штабеля между рядами досок. Штабель размещают внутри каркаса, обмотанного электрическим проводом с большим сечением. Штабель находится в переменном электромагнитном поле промышленной частоты (50 Гц), образованном соленоидом, смонтированным внутри сушильной камеры, который питается током промышленной частоты. Стальные элементы (сетки) нагреваются в электромагнитном поле, передавая теплоту древесине и воздуху, древесина нагревается и высыхает. При этом происходит комбинированная передача теплоты материалу: кондуктивным путем от контакта нагретых сеток с древесиной и конвекцией от циркулирующего воздуха, нагреваемого также сетками. Достаточно часто для этих целей используют дизельные генераторы.
Стоимость сушки при индукционном способе (Приложение. Рисунок 4) значительно выше, а качество материалов значительно хуже, чем в обычных камерах, так как у электроустановки низкий косинус «фи». Если нет других источников энергии, кроме электричества и маленькие объемы сушки, тогда в частных случаях возможно применение этого способа.
1.7 Ротационная сушка
Ротационная сушка основана на использовании центробежного эффекта, за счет которого свободная влага удаляется из древесины при вращении ее на центрифугах. Механическое удаление свободной влаги достигается при величине центростремительного, ускорения не менее 100...500g (g — ускорение свободного падения). Такие ускорения из-за трудности точной балансировки центрифуги со штабелем на практике пока не достигнуты, ведутся лишь опытные разработки соответствующих устройств. В известных промышленных ротационных сушилках центростремительное ускорение не превышает 12g. При этих условиях механическое обезвоживание проявляется в небольшой степени. Однако интенсификация процесса сушки в диапазоне влажности выше предела гигроскопичности наблюдается.
При установке карусели в сушильной камере технология сушки пиломатериалов такая же, как в обычных камерах периодического действия. Продолжительность сушки на первом этапе (от начальной влажности до предела гигроскопичности) сокращается в несколько раз в зависимости от толщины, породы и начальной влажности древесины по сравнению с обычной конвективной сушкой при одинаковых режимах. Хотя ротационные сушилки экономичны и обеспечивают высокое качество сушки, промышленного использования для сушки пиломатериалов ротационный способ пока не нашел.
1.8 Радиационная сушка
Радиационная сушка основана на подаче тепла к древесине от очень сильно нагретого тела прямым лучеиспусканием. В качестве излучателей используют электроплиты, электронагревательные элементы, газовые (беспламенные) горелки, осветительные электролампы накаливания мощностью от 500 Вт и выше.

- Современные способы хранения плодов, овощей, ягод и винограда
- Современные способы хранения товара
- Современные спредеры Балткран увеличивают производительность контейнерных кранов на интермодальных терминалах
- Современные средства виртуализации и защиты виртуализированных систем
- Современные средства вооруженной борьбы
- Современные средства для ветеринарной дезинфекции
- Современные средства для неинголяционного наркоза
- Современные способы обучения
- Современные способы окраски волос
- Современные способы организации презентации
- Современные способы переработки и утилизации промышленных отходов реферат скачать бесплатно
- Современные способы получения электрической энергии
- Современные способы получения электрической энергии
- Современные способы развития навыков аудирования