Сушка дерева: технологии

 В этой статье мы рассмотрим наиболее популярные технологии сушки дерева.

Конвективная сушка древесины

Наиболее распространенным способом сушки дерева (пиломатериалов) есть конвективный. Его также можно разделить на виды и подвиды, основным из которых есть конвективно-атмосферный и конвективно-тепловой. Разные комбинации этого способа могут интенсифицировать процесс или его искусственно замедлить, достичь высокого качества высушенного материала и обеспечить сохранение его естественных свойств, уменьшить энергоемкость процесса.

Кондуктивный и радиационный способы очень редко применяются при сушении пиломатериалов. Диэлектрический способ нагревания при сушении пиломатериалов применяют в сочетании с вакуумным и конвективным способами.

Диэлектрическое сушение

Дерево, которое размещено между пластинами конденсатора высокочастотного колеблющегося контура, интенсивно нагревается благодаря диэлектрическим потерям. Выделение тепла здесь связано с колебательным движением молекул воды, которая находится в электромагнитном высокочастотном поле. Тепло генерируется по всему объему материала (где больше влаги, там больше и генерируется тепла), а не привстает извне, как при других способах сушения.

Электрическая энергия, которую потребляет дерево, превращается в тепловую в связи с диэлектрическими потерями, она сначала тратится на нагревание материала и тепловые потери из поверхности материала к окружающей среде, а потом (после нагревания) - на выпаривание влаги и тепловые потери.

В процессе сушения затраты энергии на выпаривание влаги и тепловые потери происходят в поверхностных зонах материала. Поэтому температура внешних слоев ниже, чем внутренних. И таким есть также распределение влажности материала: на поверхности меньшая влажность (в результате выпаривания), а в середине - выше, поэтому в дереве возникают положительные градиенты температуры и влажности. Одинаковое направление влагоперенесения (из середины наружу) под действием этих градиентов значительно ускоряет процесс сушения.

Если температуру дерева внутри поддерживать высшей за температуру кипения воды, к этим двум градиентам прибавляется еще и градиент давления и благодаря дополнительному молярному влагопреносу интенсивность сушения возрастает еще больше. Однако указанного эффекта в производственных условиях достичь невозможно через возникновение значительных внутренних напряжений, которые приводят к недостатку при сушении.

Поэтому диэлектрическое сушение проводят не на открытом воздухе, а размещают материал в конвективных сушилках, где происходит циркуляция воздуха повышенного влагосодержания. Если проводить диэлектрическое сушение при таких условиях, то возможно достичь высокого качества сушения, но при значительно меньшей эффективности данного процесса. Интенсивность процесса лишь в 3-5 раза больше, чем при камерном сушении нормальными режимами. Большие потери электрической энергии приводят к тому, что камерно-диэлектрическое сушение есть в 2-3 разы более дорогим, чем камерно-конвективное.

Вакуумное сушение древесины
Во время вакуумного сушения пиломатериалы размещают в герметичных камерах, где создается пониженное давление (до 10 КПа), при котором температура кипения воды снижается до 45°С. Это разрешает вести высокоинтенсивный процесс сушения при низких температурах и полном сохранении естественных свойств дерева.

Однако при вакуумном сушении возникает проблема подведения тепла к материалу, что сушится. Выделяют три способа передачи тепла к дереву при сушении в вакууме: вакуумное сушение с беспрерывным кондуктивным подведением тепла к пиломатериалам от нагретых поверхностей; вакуумное сушение с прерывчатым нагреванием дерева в паровоздушной среде или с помощью высокочастотного генератора (вакуумнодиэлектрическое сушение).

Наиболее эффективной комбинацией вакуумного сушения есть его объединения с диэлектрическим нагреванием. При вакуумнодиэлектрическом сушении дерево находится в среде с высоким насыщением водяным паром, благодаря чему процесс сушения проходит при малом перепаде влажности по толще сортиментов и, соответственно, при малых значениях внутренних напряжений. Недостатками вакуумнодиэлектрического сушения является высокая стоимость оборудования, сложность его эксплуатации и большие потери электроэнергии. Однако вакуумно-диэлектрические сушилки можно использовать для сушения трудно сохнущих сортиментов.

Сушение пиломатериалов в жидкостях
В процессе сушения пиломатериалов сушильным агентом могут использоваться жидкости. Это могут быть гидрофобные жидкости, которые не смешиваются с водой (расплавы парафина, серы, металлов), и гидрофильные жидкости - концентрированные водные растворы гигроскопических веществ (соль, сахар и т.п.).

Сушение в гидрофобных жидкостях - это высокотемпературный процесс, который имеет некоторые отличия от высокотемпературного процесса в водного пара - отсутствующий влагообмен между материалом и средой. Сушение может происходить лишь при температуре жидкости, которая выше, чем температура кипения воды при данном давлении.

Внутри дерева вследствие кипения свободной воды создается избыточное давление, под действием которого пар выходит в атмосферу, одолевая сопротивление дерева и пласта жидкости над материалом. Итак, основным видом влагопереноса есть молярное перенесение пары под действием ингредиента избыточного давления. Такое сушение рекомендуют применять в строительной индустрии и в процессах подсушивания перед просачиванием.

Сушение в гидрофильных жидкостях не нашло широкое применения в промышленности. Как гидрофильные жидкости (агент сушения) применяют горячие насыщенные растворы хлорида натрия и магния, нитрат натрия. Температура растворов может быть большей на несколько градусов или меньше чем температура кипения воды. В первом случае влагоперенос в дереве происходит под действием избыточного давления и разности парциальных давлений водного пара в пустотах сосудов и над поверхностью раствора, а во втором - лишь под действием разности парциальных давлений. Сушение в насыщенном растворе хлорида магния это рациональное средство снижения влажности перед ее просачиванием водорастворимыми защитными препаратами.

Ротационное обезвоживание дерева
Как известно, сушение дерева требует значительных затрат тепловой энергии. Поэтому ради экономии тепловой энергии целесообразно применять ротационное обезвоживание дерева в поле центробежных сил. Механическим способом можно удалить только свободную влагу, которая связана с деревом механическими силами. Однако для ее удаления нужно создавать очень большое внутреннее давление, ведь субмикроскопическое строение дерева создает значительное сопротивление движения жидкости. При ротационном обезвоживании внутреннее давление создается в результате центробежного ускорения. Ротационное обезвоживание разрешает уменьшить влажность дерева до 40%, что снижает себестоимость сушения на 25-30%.