Влаготеплообработка пиломатериалов
Для снятия или уменьшения остаточных внутренних напряжений, возникающих в древесине при сушке, проводят конечную и промежуточную обработку древесины в среде повышенной температуры и влажности. Этот этап сушки называют влаготеплообработкой или промежуточным прогревом, увлажнением, а иногда, что не совсем точно и пропаркой. Влаготеплообработке подвергают пиломатериалы, высушиваемые до эксплуатационной влажности по I и II категориям качества сушки. Для создания такой среды в сушильное пространство камеры подают через систему увлажнения воду при включенных калориферах, работающих вентиляторах и закрытых приточно-вытяжных каналах.
Для точного соблюдения параметров среды, необходимых при тепловлагообработке, рекомендуем укомплектовать сушильную камеру изготавливаемыми нами системой автоматики или хотя бы системой контроля. Это снизит количество брака в штабеле, вызванного короблением и растрескиванием пиломатериала при сушке.
Если сушильные камеры не оборудованы системой увлажнения, конечная влаготеплообработка высушенных пиломатериалов должна проводиться в специально предназначенных для этого пропарочных камерах.
В случаях, когда проводятся и промежуточная, и конечная тепловлагообработки, на первую используется до 1/3, а на вторую остальная часть времени. Посмотреть о необходимости проведения влагообработок для перерабатываемой Вами древесины, можно заполнив форму на странице технологическая карта.
Промежуточная влаготеплообработка
В случаях, когда в древесине могут появиться внутренние трещины, проводят промежуточную влаготеплообработку. Рекомендуется подвергать промежуточной влаготеплообработке пиломатериалы, толщина которых превышает : для сосны, ели, пихты, кедра, осины, липы, тополя — 60 мм, для берёзы, ольхи — 50 мм, для лиственницы, бука, клёна — 40 мм, для дуба, ильма, ореха, граба, ясеня — 32 мм.
Промежуточную влаготеплообработку назначают в камерах периодического действия при переходе со второй на третью ступень при низкотемпературных режимах сушки. Температуру среды поддерживают на 5-8 o C выше температуры, предшествующей обработке ступени режима сушки, но не более 100 o C. Относительную влажность устанавливают равной 93 — 95 %, которая должна исключить возможность испарения влаги из пиломатериала.
Конечная влаготеплообработка
Конечную влаготеплообработку проводят после достижения древесиной заданной конечной влажности. Во время обработки температуру среды в камерах поддерживают на 8 o C выше температуры на последней ступени режима сушки, а относительную влажность 93 — 95 %. Если тепловая мощность камер недостаточна, то допускается влаготеплообработка при температуре, соответствующей последней ступени процесса сушки.
Адрес в Брянске : 241035, ул. Ульянова, д. 18А,
Многоканальный телефон : +7 (4832) 68-70-75,
Мобильный телефон : +7 (910) 332-45-04,
Email   :  office@scron.ru.
© 2001 — 2021 «СКРОН» ® . Все права защищены.
Использование материалов сайта допустимо только по письменному разрешению.
Источник
Сушка. Формы связи влаги с материалом. Статика и кинетика сушки
Влажное состояние материала, подвергаемого тепловой обработке
Все материалы, подвергаемые тепловой обработке в производстве строительных изделий, представляют собой неоднородные (гетерогенные) системы, в которых совмещаются три фазы агрегатного состояния. Твердую фазу представляет скелет материала, жидкую – влага и газообразную – воздух и пары воды.
Все влажные материалы в зависимости от их свойств делятся на три вида. Первый вид называют коллоидными телами. Они характеризуются эластичными свойствами, сохраняющимися даже при удалении влаги. Эти тела типа желатины практически в строительной индустрии не применяются.
Второй вид представлен капиллярно-пористыми телами, при удалении из них влаги они приобретают хрупкость и могут быть превращены в порошок. Представителями таких тел являются кварцевый песок и древесный уголь. При высушивании они практически не подвержены усадке.
Третий вид называют капиллярно-пористыми коллоидными телами. При увлажнении они увеличиваются в размерах (набухают), а при высыхании имеют значительную усадку (практически все материалы, применяемые в производстве строительных изделий).
Сушка – это целый комплекс явлений, связанных с тепло- и массообменом между материалом и окружающей средой, в результате чего происходит перемещение влаги из внутренней части изделия на поверхность и ее испарение. В процессе сушки керамических и ряда теплоизоляционных материалов не только уменьшается влагосодержание материала, но и происходят процессы структурообразования.
Сушка – весьма ответственный, например, этап технологии строительной керамики, так как трещины обычно возникают именно на этом этапе, а при обжиге они лишь окончательно выявляются.
Характер изменения физико-механических свойств материалов в процессе сушки определяется количеством влаги, содержащимся в материале, формами её связи с материалом, режимами сушки.
По предложению академика П.А. Ребиндера, в настоящее время общепринятой является энергетическая классификация форм связи влаги с материалом. По этой классификации все формы связи делятся на три группы. К первой группе относят химическую связь влаги с материалом, вторая представляется физико-химической связью и к третьей относится физико-механическая связь.
Химически связанная влага входит в состав молекул в точных количественных соотношениях. Эта влага является кристаллизационной и входит в состав кристаллических решёток материалов. Она удаляется из материала только вместе с разрушением кристаллической решётки при высоких температурах и требует наибольшего количества энергии для разрушения связи с материалом по сравнению с другими видами связи.
Влагу, связанную с материалом физико-химическим способом подразделяют на адсорбционно-связанную и осмотически-связанную. Эту влагу можно удалять при температуре, не превышающей 100ºС.
Физико-механическая связь с материалом присуща влаге, заполняющей макро- (с радиусом более 10 -5 см) и микро- (с радиусом менее 10-5 см) капилляры, а также влаге смачивания и влаге, механически захваченной (структурной) при гелеобразовании. Эта влага удерживается в материале за счёт непрочных сил поверхностного натяжения и капиллярного давления. Эта связь нарушается даже при воздушном хранении материала из-за разности парциального давления водяного пара на поверхности материала и в окружающей среде.
Влагу, связанную с материалом физико-механическими силами, называют также свободной, а две другие связанной. Иногда из понятия свободной влаги исключают микрокапиллярную влагу, относящуюся также к физико-механической форме связи.
В капиллярно-пористых материалах преобладает микро- и макрокапиллярная влага, которая легко удаляется при сушке без существенного изменения объема материала. В коллоидно-капиллярно-пористых материалах содержится осмотическая и капиллярная влага, поэтому материал имеет значительную усадку при сушке и набухает при увлажнении.
Таким образом, при сушке из материала удаляется физико-химическая и физико-механи-ческая влага. Химически связанная влага в процессе сушки не удаляется.
Источник
Как долго подготавливается материал при сушке способом с влагопоглощающими веществами
Изучение кинетики процесса сушки влажных материалов
Под кинетикой процесса сушки понимают изменение средних по объему высушиваемого тела влажности и температуры с течением времени. Кинетика сушки влажного материала определяет выбор оптимальных параметров сушильного агента (температуры, давления, влажности), конструкцию и основные размеры сушильного устройства. Детальное изучение кинетики позволяет организовать процесс сушки с наименьшими энергозатратами и получать продукт высокого качества.
Поскольку сушка является типичным тепло- и массообменным процессом, то ее кинетика будет определяться в первую очередь формой связи влаги с материалом. В зависимости от величины энергии связи влаги (воды) с сухим веществом материала различают (по классификации П.А. Ребиндера) следующие формы:
а) Химическая (ионная и молекулярная) связь. Вода в этом случае входит в состав молекулы данного химического соединения в строго определенных стехиометрических соотношениях (вода кислот, оснований, кристаллогидратов). Химически связанная вода может быть выделена из молекулы соединения при помощи химической реакции или прокаливания. В процессе сушки она не удаляется.
б) Физико-химическая (адсорбционная и осмотическая) связь включает влагу, поглощенную в виде пара из окружающей газовой среды и удерживаемую на поверхности вещества под действием ее молекулярного силового поля (адсорбированная вода), а также влагу, входящую в состав растительных и животных клеток (осмотическая).
в) Физико-механически связанная вода представляет собой жидкость, захваченную при образовании структуры геля, находящуюся в порах и макрокапиллярах материала, с также влагу смачивания, обусловленную прилипанием воды при непосредственном соприкосновении ее с поверхностью тела.
К макрокапиллярам относятся такие, которые не обладают капиллярными свойствами, в них не наблюдается изменения давления пара по сравнению с его значением для свободной жидкости. Считается, что радиус макрокапилляра R > 10 -5 см .
Физико-механически связанная влага называется свободной и может быть удалена даже механическим путем.
Необходимо отметить, что резкой границы между отдельными видами связи жидкости с телом не существует: одна форма связи постепенно уменьшается за счет преобладания другой.
При исследовании процесса сушки имеют дело с физико-химической и физико-механической формами связи влаги с материалом. Количественно содержание влаги в материале оценивается его влажностью. Различают относительную влажность ( w ), т.е. массу влаги, содержащуюся в материале ( W , кг), отнесенную к общей массе образца ( G , кг).
(1)
и абсолютную влажность ( w с ), определяемую по отношению к 1 кг абсолютно сухого вещества в исследуемом материале ( G , кг)
. (2)
И относительная и абсолютная влажности выражаются в долях единицы или в процентах. При анализе процесса сушки удобнее пользоваться абсолютной влажностью, т.к. количество абсолютно сухого вещества в образце при любых условиях остается постоянным.
При расчете влажности по формулам (1) и (2) получается ее среднее значение в данном материале. Значение относительной w и абсолютной w с влажностей связаны следующими зависимостями:
, (3)
. (4)
При исследовании кинетики сушки необходимо установить влияние на скорость протекания процесса различных внешних и внутренних факторов. Скорость сушки определяется уменьшением влажности d w c за некоторый бесконечно малый отрезок времени d t , т. e .
(5)
или для конечных отрезков времени скорость сушки определяется количеством влаги ( D W ), удаленной п o отношению к 1 кг абсолютно сухого вещества материала ( G ас ) в единицу времени ( D t ) и средняя скорость в данном случае будет равна
. (6)
Следует отличать скорость сушки от интенсивности сушки, которая определяет массу влаги ( dW ), удаленную с единицы поверхности материала ( F ) за единицу времени ( d t ). При анализе процесса удобнее пользоваться понятием скорости сушки, т.к. истинную поверхность материала зачастую определить очень трудно. Кроме того, в процессе высушивания она может изменяться (уменьшаться) для материалов дающих усадку.
Механизм переноса вещества внутри твердой фазы сложен, так как часть влаги испаряется внутри материала и перемещение ее к поверхности происходит в виде жидкости и пара одновременно за счет действия различных сил. Для жидкой фазы это капиллярные, осмотические, гравитационные, термокапиллярные и др. силы, а для паровой фазы – молярный перенос, молекулярная диффузия, бародиффузия, термодиффузия. Удельный вес потоков фаз и действующих сил зависит от большого числа факторов, включающих в себя как внутренние связанные со структурой высушиваемого тела, так и внешние – параметры процесса и свойства сушильного агента. Кроме того, соотношение потоков и сил меняется с протеканием процесса. Все это создает сложную картину переноса, не поддающуюся аналитическому расчету, основанному на количественном анализе составляющих ее процессов переноса влаги.
Кинетика сушки влажного материала обычно исследуется экспериментально путем нахождения зависимостей температуры прогрева высушиваемого материала t = f 1 ( t ) , кривой сушки и скорости сушки. Во всех этих зависимостях легко установить наличие трех этапов протекания процесса.
Рис.1. Кривая сушки и прогрева высушиваемого материала
На температурной кривой вначале наблюдается прогрев материала от температуры, с которой он вносится в сушилку ( t н ), до температуры мокрого термометра ( t м ), отвечающей температуре и влажности сушильного агента, поступающего в сушку (участок ab ). Затем температура материала остается постоянной, равной температуре мокрого термометра, до тех пор, пока не удалится вся свободная влага (участок bc ). После этого происходит постепенное повышение температур материала и в конце процесса сушки она может сравняться с температурой сушильного агента, находящегося в контакте с сухим материалом (участок с d ).
В период прогрева материала наблюдается сравнительно медленное удаление влаги (участок АВ на кривой сушки w с = f 2 ( t )). Затем условно выделяют прямолинейный участок ВС, который называется первым периодом сушки. Он соответствует удалению свободной влаги, покрывающей поверхность материала. После чего начинается удаление связанной влаги (участок СД) – второй период сушки. Точка С, разделяющая первый и второй периоды сушки, называется критической точкой, а влажность материала, соответствующая ей – первой критической влажностью. Конечная влажность материала (точка Д) характеризует его равновесную влажность ( w p ) при данных условиях сушки.
По кривым сушки строятся кривые скорости сушки, представляющие собой графическое выражение функции u = f 3 ( t ), или скорости сушки от абсолютной влажности образца (см. рис.2). Скорость сушки определяется по кривой сушки путем графического дифференцирования как тангенс угла наклона касательной, проведенной к кривой сушки в данной точке, к оси абсцисс (угол a на рис. 1).
Рис. 2. Кривая скорости сушки u = f ( w c )
На кривой скорости сушки различаются те же периоды, что и на кривых сушки и температуры материала. Начальный участок кривой АВ, соответствующий увеличению скорости сушки, отвечает прогреву материала при помещении его в сушилку. За ним следует горизонтальный отрезок ВС – период постоянной скорости сушки, которая в данном периоде лимитируется скоростью внешней диффузии (массоотдачи) влаги, т.е. ее перехода с поверхности испарения в окружающую среду. Скорость сушки в данном периоде будет зависеть от температуры и влажности сушильного агента, общего давления в сушилке и гидродинамики процесса.
В первой критической точке (С) удаляется механически связанная влага и наступает второй период (отрезок ВС на рис.2) падающей скорости сушки. Для него характерно изменение давления водяного пара над поверхностью образца в зависимости от влажности материала, т.е. Рм = f ( w c ), что сказывается на уменьшении величины движущей силы процесса D Р = Рм – Рп, ведущем к снижению его скорости. Кривые скорости сушки в период падающей скорости могут быть различной конфигурации (линии 1-5 рис. 2), по их виду можно судить о форме связи влаги с материалом. Так, линия 1 является прямой, она характерна для тонких пористых материалов (бумага, тонкий картон, ткань и т.д.). Линия типа 2 соответствует сушке коллоидных тел, а линия типа 3 пористых керамических материалов. Все эти линии имеют одну критическую точку С. Материалам, имеющим более сложную структуру, присущи более сложные кривые скорости сушки. Кривая 4 характерна для сушки глины, а кривая 5 — сухарей. На этих кривых наблюдается вторая критическая точка Е, которой соответствует вторая критическая влажность (
). По мере удаления внутренней влаги материала давление водяного пара над его поверхностью уменьшается, приближаясь в пределе к величине парциального давления паров воды в сушильном агенте ( Рп ). Следовательно, движущая сила процесса сушки уменьшается, приближаясь к нулю D Р = Рн — Рп ® 0, и скорость процесса асимптотически приближается к нулю.
Момент времени, когда давление пара над поверхностью материала будет равно парциальному давлению паров воды в окружающей среде, соответствует установлению динамического равновесия воды в материале с влагой сушильного агента, движущая сила процесса становится равной нулю и сушка заканчивается (т. Д, рис. 1, 2). Влажность материала, соответствующая т. Д, называется, равновесной ( w р ). Поскольку она отвечает равенству Рм = Рп (Рм — Рп = 0), то на величину равновесной влажности будут воздействовать факторы, влияющие на значения Рм или Рп. К ним относятся: форма связи влаги с материалом, общее давление в сушилке, влажность и температура сушильного агента.
Кривые сушки, скорости сушки и прогрева материала имеют большое практическое значение. Они позволяют установить время сушки, оценить формы связи влаги с материалом, выбрать оптимальный вариант и режим сушки. Они используются при проектировании и расчете промышленных сушилок.
Цель работы : Выяснение кинетических особенностей процесса сушки влажного материала: построение и анализ кривых сушки и скорости сушки. Установление влияния различных факторов (температуры, скорости воздуха, толщины образца материала) на скорость сушки в первом и втором периодах, на величину равновесной влажности и время протекания процесса.
Имитатор лабораторной установки
для исследования кинетики процесса сушки
Моделируется процесс сушки образца листового материала в сушилке конвективного типа.
Экранный интерфейс имитатора (рис.3) функционально разделен на две зоны: верхняя – «стенд» и нижняя – «приборная панель».
В верхней зоне расположен моделирующий блок с заставкой, изображающей схему установки и блок ввода регулируемых параметров. Регулируемыми параметрами являются: время процесса, влагосодержание воздуха, температура сушки, начальное влагосодержание материала. Предусмотрен ввод дополнительных параметров, расширяющих возможности компьютерного эксперимента. К ним относятся: скорость воздуха в сушильной камере, толщина образца, коэффициенты, влияющие на форму кривой в периоде падающей скорости сушки, равновесную влажность и продолжительность периода постоянной скорости сушки. Рекомендуемые значения дополнительных параметров приведены на экране.
Назначение нижней зоны – отображение результатов имитации. Выводятся графики изменения во времени массы и температуры образца. Эти же параметры представлены в табличной форме справа от графиков.
Рис.3. Вид экранного интерфейса
Порядок работы с имитатором:
1. Загрузить MathCAD и файл имитатора;
2. С помощью слайдеров выставить исходные данные;
3. Переместиться вниз по экрану к «приборной панели», с помощью ползунка в правой части экрана;
4. Переместиться по экрану вправо с помощью ползунка в нижней части экрана к таблице цифровых данных.
5. Занести в лабораторный журнал опытные данные.
Источник
