Динамика бездефектной сушки пиломатериалов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 674.047 И.М. Меркушев

Московский государственный университет леса

Меркушев Иван Михайлович родился в 1932 г., окончил в 1957 г. Московский лесотехнический институт, кандидат технических наук, профессор кафедры технологии мебели и изделий из древесины Московского государственного университета леса. Имеет свыше 100 печатных работ в области деревообработки и развития лесосушильной техники и технологии сушки древесных материалов. Тел.: 8(495) 512-75-92

ДИНАМИКА БЕЗДЕФЕКТНОЙ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ

Получены зависимости удельной тепловой мощности на испарение влаги от допустимого перепада влажности по толщине сортимента, а также формулы для расчета установленной мощности лесосушильных устройств, гарантирующей бездефектную сушку пиломатериалов.

Ключевые слова: метод расчета энергозатрат, бездефектная сушка, удельная мощность, дифференциальный метод, режимы энергодозирования.

Расчет удельных энергозатрат для бездефектной сушки пиломатериалов

Эффективность безопасных режимов конвективной сушки пиломатериалов достигается стабильностью внутреннего их состояния в процессе сушки. Осуществляют это за счет ввода в сушильное устройство дозированного количества тепловой энергии, обеспечивающей при щадящей динамике процесса безопасную сушку. Проведение безопасной сушки с сохранением постоянства допустимого перепада влажности по толщине пиломатериалов (Д Ws = const) заключается в том, чтобы обеспечить скорость снижения влажности поверхности сортимента, равную скорости снижения его среднеинте-гральной влажности. Для этого используют универсальные режимы безопасной сушки в сушильных устройствах простейшей конструкции, в частности в тент-сушилках [1].

Важнейшую динамическую характеристику процесса безопасной сушки — удельную мощность на испа-

1 3

рение влаги, содержащейся в 1 м древесины (N з, кВт/м3), можно выразить

как произведение скорости перемещения влаги в древесине по закону вла-гопроводности

/ = ^ р0 а' du/dx на скрытую теплоту парообразования г, отнесенное к объему высушиваемой древесины ¥£/2\

3 = 2 р 0 а' du/dx г £ (1) где ^ - площадь поверхности испаре-

3 2

ния в 1 м древесины, м ; р0 - плотность древесины в абсолютно сухом состоянии, кг/м3, р о ~ 1,2 рб; рб - базисная плотность древесины, кг/м3; а' - средний коэффициент влаго-проводности древесины, определяемый в см /с по П.С. Сер-говскому [2] или в м2/с по формуле автора с поправкой на преимущественно радиальный ток влаги,

а' = 0,01 I 2/р 4; t - температура сушки, °С;

du/dx - средний градиент влагосодер-

-1 »-»

жания древесины, м , равный отношению допустимого его перепада по толщине сортимента 0,01 АЩ к половине его толщины £/2, м,

^Мх = 0,02 АЖ, /Б; Б - расчетная толщина сортимента при его фактической толщине а и ширине Ь, S = аЬ/ (а+Ь); г - скрытая теплота парообразования, г = 2490 кДж/кг. После подстановок в (1) получим формулу для оценки удельной

1 3

мощности на испарение влаги из 1 м древесины:

= 2,39 АWSI2 Б-2 Рб-3. (2)

Рассчитанные по этой формуле ориентировочные значения допустимой удельной мощности на испарение влаги, гарантирующей при заданных параметрах АWs, I, Б и гб бездефектную сушку пиломатериалов, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Ориентировочные значения удельной допустимой мощности на испарение влаги, гарантирующей допустимый перепад влажности по толщине пиломатериалов при сушке

Показатель Ель, кедр Сосна Береза Клен Бук, ясень, дуб, лиственница

Перепад влажности \1¥х. % 33,8 36,0 36,0 40,7 33,0

Базисная плотность рб, кг/м1 355 400 500 550 540

Толщина мм, Ориентировочные значения удельной

при температуре допустимой мощности на испарение влаги

45 64 90 N 3, кВт/м3 1м

- - 22,5 28,90 21,50 11,00 9,35 8,00

- 22,5 32,0 14,40 10,80 5,51 4,68 3,96

22,5 32,0 45,0 7,22 5,38 2,75 2,34 2,00

32,0 45,0 64,0 3,61 2,69 1,37 1,17 1,00

45,0 64,0 90,0 1,81 1,34 0,69 0,58 0,50

64,0 90,0 - 0,90 0,67 0,34 0,29 0,25

90,0 - - 0,45 0,34 0,17 0,15 0,13

Расчет энергозатрат для бездефектной сушки пиломатериалов по ее максимальной скорости

Полученные нами нормы дозирования энергии на обеспечение бездефектной сушки пиломатериалов проверены по более точной альтерна-

Ж(т) = 2,5 + (ЖН -2,5) При заданных конкретных значениях параметров, входящих в формулу (3) и соответствующих сушке кедровых, еловых (см. рисунок, а) и дубовых, ясеневых (б) пиломатериалов толщиной Б = 22,5; 32,0; 45,0; 64,0 и 90,0, а также 16,0 и 128,0 мм при значениях базисной плотности Рб и гарантированных перепадах влажности по толщине сортимента АЖз, указанных в

тивной методике применительно к универсальным режимам сушки.

Ранее нами выведена функциональная зависимость снижения текущей влажности пиломатериалов от продолжительности процесса:

2-3

г2|х2/ 2Рд 2Э4 4ДИ"/

(3)

табл. 2, в пределах снижающейся их влажности Жн - Жк = 70,0 - 2,5 % на трех уровнях температуры / = 45, 64 и 90 °С при скорости циркуляции V = 0,3 и 2,4 м/с с использованием формулы (3) построены кривые сушки пиломатериалов по универсальным режимам (1-7) (см. рисунок).

Путем их дифференцирования по формуле

-2

2

-1

100 + 3

W,% 60

40

20

0

■20

-40

-60

-80

-100

-120

-140

-160

-180

-200

-220

-240

-260

-280

-300

-320

Г ". ^ i \ ^ \ N \ N \

\

\ \ Ч v ч\\

5 , 77

\ LУ

\ s-'Vi з'

V

\ \ 1 1

\ \ \ 1 1

\ \ \ 1 1 1

\ 1 1

V

0,1

1,0 а

W, % 60

50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60

\ \ \ \ \ \ \ \ \ \

\ \ \ \ л\ \ \ \ 1 \ \ \ L i 1

\ \ \ \ 1 1 \ \ \ \ 5 \

2 \ з\ А UV 1 ' l

и ! 1 \ 1 1 \ 1 l ! \

i \ • \ \ 1 i \ i

\l\ A\V

\ N 4 / t- j. N. / I T TL ' /

V ¿л \ ч \ \ |V7 1 i i

\ i 1 ' >'

\

\

т, мин

0,1 1,0 10,0 т, мин

б

Пример дифференцирования кривых сушки (температура 64 °С) кедровых, еловых (а) и дубовых, ясеневых (б) пиломатериалов к расчету максимальной скорости сушки сН¥/<3тх (1¥„ = 70 %; АЖ; = 36 %; рб = 355 кг/м1 - ель, кедр; рб = 540 кг/м1 - дуб, ясень; скорость циркуляции V = 0,6 м/с): 1, Г - Б = 16,0 мм; 2, 2' - 22,5; 3, 3' - 32,0; 4, 4' - 45,0; 5, 5' - 64,0; 6, б' - 90,0; 7, 7' - 128,0 мм

dx dx

t" S-l -284

2,5 + (Жн-2,5)

2-3

(4)

рассчитаны и построены производные кривых сушки (Г — 7').

Допустимые значения скорости снижения количества испаряемой из 1 м3 древесины влаги duldт установлены по максимальной скорости сушки пиломатериалов, соответствующей экстремальным значениям дифференциалов dWldтmax и пересчитанной по формуле duldт тах = Ж(т) /dт рб /(100-24-3600) =

= 115,710-9 р б dW(т) /dт. (5)

В табл. 2 приведены значения максимальной допустимой удельной мощности з, рассчитанные по формуле:

N

1м3

rdu/dx = 0,0002882 рб dW/dx. (6)

Как видно из табл. 2, соотношению S/t, например, равному 0,5, соответствуют значения всех трех уровней температуры: 45, 64 и 90 °С. Подобранная таким образом кратность градации значений толщины и температуры позволила существенно упростить и упорядочить таблицы.

Для расчета установленной мощности лесосушильных устройств достаточно величину допускаемой удельной мощности, полученную по

2

-1

Таблица 2

Удельная допустимая мощность на испарение влаги, обеспечивающая щадящую (бездефектную) сушку пиломатериалов разных типоразмеров на разных режимных уровнях

Показатель Кедр, ель Сосна Береза Клен Бук, ясень, дуб,

лиственница

Перепад влажности \ Ж,. % 33,8 36,0 36,0 40,7 33,0

Базисная плотность рб, кг/м1 355 400 500 550 540

Толщина Б, мм, при температуре 1, 0С Удельная допустимая мощность на испарение AT tz-TW*,.3 влаги

45 64 90 1м3 '

- (16,0) 22,5 27,20/28,70 20,50/22,40 10,70/11,50 9,19/10,10 7,77/8,47

- 22,5 32,0 13,90/15,10 10,60/11,30 5,33/5,76 4,60/5,07 3,89/4,20

22,5 32,0 45,0 7,06/7,62 5,30/5,65 2,67/2,88 2,30/2,54 1,95/2,10

32,0 45,0 64,0 3,48/3,79 2,65/2,82 1,34/1,44 1,15/1,27 0,97/1,05

45,0 64,0 90,0 1,74/1,94 1,27/1,38 0,67/0,72 0,58/0,63 0,49/0,52

64,0 90,0 - 0,97/1,02 0,63/0,69 0,34/0,36 0,29/0,32 0,25/0,26

90,0 (128,0) - 0,44/0,51 0,32/0,35 0,17/0,18 0,14/0,16 0,12/0,13

Примечание. В числителе приведены данные для скорости циркуляции сушильного агента 0,3 м/с, в знаменателе - 2,4 м/с.

формуле (6) или взятую из табл. 2, умножить на вместимость сушильной камеры Е и добавить мощность на потери через ограждения ^,гр:

N = Е + ^р. (7)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пат. 2170896 РФ. Способ сушки пиломатериалов / Меркушев И.М. - Заявл. 29.12.1999.

2. Серговский П.С. Исследование влаго-проводности и разработка методов расчета процесса сушки и увлажнения древесины: Дис. ... д-ра техн. наук. М.: 1954. 213 с.

Поступила 25.06.09

I.M. Merkushev

Moscow State Forest University

Dynamics of Faultless Drying of Sawn Timber

The dependencies of specific thermal capacity for moisture evaporation on allowable humidity drop along the board thickness are received, as well as formulae for calculation of installed capacity of forest-drying devices guaranteeing faultless drying of sawn timber.

Keywords: power inputs calculation method, faultless drying, specific capacity, differential method, power-dosing modes.