CC BY
11
Український державний лісотехнічний університет W, % Н, м
Рис. 3. Кінетика сушіння вологого кавового шламу, умовно розділеного на п 'ять рівних частин з пошаровим видаленням сухого шару: 1 - перший шар зернистого матеріалу, 2 -другий шар, 3 - третій, 4 - четвертий, 5 - п'ятий. (Т = 45°С; ЛРсух = 4905 Па; твматеРю = 325 г)
Рис. 4. Графічне визначення швидкості зони переміщення масообміну: 1 - суцільний шар; 2 -пошарове видалення сухого матеріалу
Дані дослідження дозволяють побудувати графічну залежність в координатах H=f (т), яка представлена на рис. 4.
Тангенс кута нахилу отриманих залежностей є швидкістю переміщення зони тепломасообміну. Під час сушіння шару без видалення сухого матеріалу із зони масообміну швидкість переміщення дорівнює 1.1 -1СГ4 м/с, коли сухий матеріал видаляється - швидкість переміщення дорівнює 1.7 -1СГ4 м/с. Отже бачимо, що процес видалення сухого дисперсного матеріалу із зони масообміну істотно інтенсифікує сушіння. Отримані результати взяті за основу створення сушильного агрегату безперервної дії із змінною висотою висушуваного матеріалу.
УДК 674. 047 Проф. П.В. Білей; д.т.н.; доц. Н.Д. Довга, к.ф.-м.н.;
доц. В.М. Павлюст, к.т.н.; доц. С.Г. Сеник, к.ф.-м.н. - УкрДЛТУ
ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ТЕПЛОВОЛОГООБРОБКИ ДЕРЕВИНИ
Розглянуто фізичні аспекти тепловологообробки при сушінні деревини. Описано вплив основних факторів на процес зволоження і умови створення різних видів адсорбції.
Prof. Р. V. Bilej, doc. N.D. Dovga,doc. V.M. Pavliust, doc. S.G. Senyk - USUFWT
Principal physics annealing heat treatments of timber
The physical aspects annealing neat treatments in the process drying of timber are reviewed. Influencing major factors on the process of humidifying of timber and condition of creation of different sorts of an adsorption is reviewed.
Зволоження деревини при вологотеплообробці є складним процесом сорбції вологи в поверхневих шарах, переміщення вологи у вигляді пари і рідини в глибину, що супроводжується розбуханням деревини і виділенням теплоти. Сор-
94
Розробка сучасних технологій деревообробки
бція на зовнішній поверхні абсолютно сухої деревини протікає дуже швидко. Приблизно за 1 мкс при відносній вологості 0<(р<0. 2 на поверхні утворюється мономолекулярний шар. При 0. 2<$к0. 7 утворюється суцільна плівка мономолекулярної води, що є умовою полімолекулярної адсорбції на поверхні. При 0. 1<(р<\ проявляє себе третій вигляд адсорбції - капілярна конденсація.
Якщо в процесі сорбції ^=const, то кількість молекулярних шарів води на зовнішній поверхні також збережеться постійним, незважаючи на подальшу конденсацію пари на ній. Швидкість адсорбції (конденсації) визначається (лімітується) швидкістю дифузії води з зовнішньої поверхні всередину деревини [1]. Сорбція на внутрішній поверхні проходить за типами моно- і полімолекулярної адсорбції. Оскільки між процесами тепло- і вологообміну визнається аналогія, як граничну умову (1 роду) прийняте значення масообмінного критерію Біо Ві=°о (теоретично), практично Ві >70. Фізично ця умова означає, що процес сорбції водяної пари деревиною лімітується не зовнішнім, а внутрішнім вологообміном (дифузією). Вологість на поверхні деревини зберігається постійною протягом усього процесу сорбції і дорівнює рівноважній вологості в повітрі із заданими параметрами t і
<Р-
Основні фактори, які впливають на процес зволоження,—параметри середовища, розміри перетину і вологопровідність деревини, глибина зволоження (x/R). Ці параметри пов'язані з тривалістю процесу зволоження (т) системою кри-теріальних рівнянь:
Wp, W о - рівноважна і початкова вологість, %; Wx - вологість в точці х в момент часу т, %; F0 -масообмінний критерій Фур'є.
В роботах [1,2] показано, що сорбція поверхнею деревини водяної пари при високих значеннях вологості {(р>0. 7) супроводжується полімолекулярною адсорбцією (яка компенсує кількість води, що дифундує всередину матеріалу) і капілярною конденсацією. Інтенсивність капілярної конденсації на початку процесу зволоження є нижчою від адсорбції на зовнішній поверхні деревини, але є вищою від адсорбції на її внутрішніх поверхнях. Тому радіус менісків в мікрозаглибинах поверхні матеріалу майже протягом усієї сорбції менший, ніж при рівноважній вологості поверхні деревини. Оскільки швидкість дифузії всередину матеріалу зменшується, то зменшується і різниця радіусів менісків, що веде до зниження інтенсивності капілярної конденсації пари. Таким чином, капілярна конденсація на поверхні залежить від дифузії вологи всередину деревини.
Умови вологообміну на поверхні деревини при вологотеплообробці визначаються масообмінним критерієм Біо. Якщо <>? то можна очікувати, що Ві'—>©о, тоді вологообмін відноситься до нескінченно інтенсивного. Причому, уже при значенні Ві>10 вологообмін відноситься до інтенсивного, оскільки процес зволоження лімітується не зовнішнім, а внутрішнім вологообміном.
(1)
(2)
(3)
1 -E = (WP-WX)-WP,
Fq =а’х/R2,
де Е - безрозмірна вологість в точці сортименту;
Wx)/{Wp -W0),
(4)
Тепломасообмінні процеси і прогресивні технології деревообробки
95
Український державний лісотехнічний університет
Для визначення швидкості адсорбції водяної пари в середині деревини в роботі [2] пропонується наступне рішення. Продиференціювавши рівняння (2) по 1-Е і W, отримаємо приріст вологи (волога перемішується в сторону меншого во-логовмісту) при адсорбції.
dW = -Wpd(\-E). (5)
Прийнявши в рівнянні (3) F'o і тяк змінні, отримаємо
dF0 = —dz.
R
(6)
Для отримання швидкості адсорбції в різних точках деревини розділимо рівняння (5) на (6)
w а1 dAzE
р R2 dF0
Для необмеженої пластини рівняння (1) набуде вигляду
, F 4 “(-1)И+1 1-Е = — • 2^-—-—cos
п n=i 2їі — 1
—(2и-і)— 2 R
exp
~-{2n-l)2F0
(8)
За рівняннями можна побудувати номограму, яка дозволяє зробити такі висновки: 1) швидкість адсорбції вологи деревиною прямо пропорційна коефіцієнту дифузії води в деревині, її рівноважній вологості і обернено пропорційна квадрату певного розміру матеріалу; 2) швидкість адсорбції змінюється протягом процесу зволоження по-різному для поверхневих і внутрішніх шарів деревини. Спочатку процес адсорбції більш інтенсивний в поверхневих шарах, а потім при Wn—>WP - у внутрішніх.
Література
1. Чудинов Б. С. Вода в древесине. - Новосибирск.: Наука, 1984. - 270с.
2. Билей П. В. Сушка древесины твердых лиственных пород. - М.: Экология, 1992. - 224с.
УДК 674.817. Проф. П.В. Білей, д.т.н. - УкрДЛТУ; інж. І.М. Личатин, к.т.н.;
інж. Д.І. Лелюк - НУ ",Львівська політехніка "
ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ ДЕРЕВИНОСТРУЖКОВИХ ПЛИТ В КАМЕРАХ ПЕРІОДИЧНОЇ ДІЇ
Наведено загальний розв'язок диференціальних рівнянь нагрівання деревиноструж-кових плит в пароповітряному середовищі.
Prof. Р. V. Bitej - USUFWT; eng. І.М. Lychatyn; eng. D.I. Lelyk - NU "Lvivs rka
Politekhnika"
Analytical investigations of process of heat treatment wood raw material of tables in chambers of periodic operating
The general solution of differential equations of heating wood raw material of tables in steam air environment is adduced.
96
Розробка сучасних технологій деревообробки
