CC BY
19
Роза!л II
ТЕХ ПОЛО ГШ ТА УСТЛТКУКАИНЯ |ll»i:iE00l»l»01»IIIIY ШДНРНСМСТВ
УДК674. 047 Проф. П.В. Бшей, д.т.п.;м.н.с. Ж.Я. Гумешок;
ст. викл. Ю.М. Губер, к. nut. - УкрДЛТУ
ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ СУШ1ННЯ ПИЛОМАТЕР1АЛ1В 3 ДЕРЕВИНИ ТВЕРДИХ ЛИСТЯНИХ ПОР1Д
Дано анаштичний опис техжчних критерпв orrrnMhauiV сушильних камер, за якими доцшьне обгрунтування вибору обладнання. Проанашзовано ефектившсть вакуумних, кондепсашйпих та високочастотних сушарок.
Prof. P. V. Biley, Z.Ya. Humeniuk, J.M. Huber- USUFWT
Basing of equipment choice for drying of saw-timbers from biard-wood species
of wood
An analytical description of technical criterions of drying kilus optimizing have been given in accordance with which choice of equipment should be done. Effectiveness of vacuum, con-densative and high frequency dryers have been analyzed.
Рацюнальне управлшня технолопчними процесами TicHO пов'язане ¡з за-стосуванням метод1в оптим1заци, яким задовольняють певш критерп ефективнос-Ti. Математична модель процесу сушшня може включати у себе одну або юлька шльових функцш, HKi мають системи обмежень. Ефектившсть проведения процесу сушшня визначаеться, в основному, двома взаемозв'язаними цшьовими функ-щями - ¡нтенсиф1кащею процесу сушшня i покращенням якосп висушуваного матер1алу [1|.
Вказаш щльов1 функцП' визначають основний напрям вдосконалення тех-н1ки i технологи сушшня. Критерп оптиитаци визначають одночасно (хоча з резною стушнню) обидв1 uLribOBi функцн. До таких критерпв належать: основна тех-шчна характеристика обладнання - продуктивтсть сушильноУ камери; критерп, як1 характеризують конструктивш особливосп сушарок - piBHOMipHicTb циркуля-цп агента сушшня, piBHOMipnicTb температурного поля; критерп, що характеризують як1сну сторону - середню кшцеву волопсть матер1алу; вщхилення вологосп окремих пиломатер1агив вщ середнього значения; критерп, яю характеризують економ1чну ефектившсть процесу - його енергом1сткють i co6iBapTicTb.
102 36ipniiK науково-техтчних пряць
Науковий iskiniK, 2002, вип. 12.2
Критерп оптнм1зацп, як1 задовольняють дат щльов! функцГГ, можна под1-лити умовно на три групи: техшчш, технолопчш 1 економ1чш. До техшчних кри-терпв оптимЬацп необхщно вщнести показники, що характеризують техшчну сторону об'екта досшдження, його аеродинам1чш 1 температурж характеристики: продуктившсть сушильних установок (за тривал1стю сушшня г), р1вном1ртсть циркуляцм агента сушшня коефпцент використання циркулюючого агента сушшня г|у, ртном1ршсть температурного поля коефпцент корисноУ дп су-шильноУ установки г)к. Анагитичний опис критерпв оптим1зацп 1 накладених на них обмежень можна подати такими залежностями.
Продуктившсть сушилыюУ камерн П„. У загальному вигляд1 продуктившсть камери визначаеться за формулою:
'Г
II к =-Е-^тах, (1)
При цьому Пк—ниах по Т, Е—нпах 1 т+т„-мпт. У позначеннях прийнято: Т-тривалють роботи сушильноУ камери у р1к; кГ— коефщент використання камери; Е - м1стк1сть камери (обсяг одночасно завантажуваного у камеру матер1алу); г, - додатковий час на допомшш операцп; г- тривашсть процесу суипння, яка визначаеться за формулою:
г=Сг
KSf
IV
C-W^
(2)
де: Ст-поправка на багатомфшсть, яка враховуе ширину дошки, 0,5< Сг<1,0; К-множник, який враховуе сшввщношення одиниць вимфювання, 50<А"<72;5/ - то-вщина матер1алу, см; С - коефщкнт сповшьнення сушшня у штабел^ Ац - коеф1-цкнт, що враховуе реверсившсть циркуляцп; Ар- коефщ1ент, який враховуе сту-пшь насичення пов)тря на перипй ступеш режиму; 1УШ И/к - початкова \ кшцева волопсть деревини, %; ам - коефицент вологопровщносп деревини при температур! змоченого термометра 1М.
Таким чином, якщо абстрагуватися вщ типу камери 1 ц м1сткосп, ршня ме-хашзашУ допом1жних операцш \ використання камери у час1 (що можна визначити тшьки для даного конкретного випадку) критерий оптим1зацм Пк можна виразити через тривалють сушшня г. Тривашсть сушшня (формула 2) визначаеться в основному характеристикою висушуваноУ деревини (коефщ1ент вологопров1дно<пт а') 1 обмежуеться допустимою швндюстю випаровування вологи:
S{ d\V d\V 2 dr dx
■ max,
(3)
де: dW/dr- швидюсть сушшня; dW/dx - перепад вологосп за товщиною матерт-лу; W-волопсть матер1алу, %.
PiBHOMipnicTb циркуляцп агента сушшня. Як показник, за яким зручно поршнювати pi3Hi вар1анти схем та ¡нтенсивносгп циркуляцм, приймають коефщь
ент зм1нност1 (eapiauii) Vw. Bin визначаеться за формулою:
2. Технология та yci аткуваннм деревообрибннх iii.ui|iin Mil и
103
100
СО
1=1
п — 1
• min по Леи,
(4)
де: Аи> — вщхилення швидкосп циркуляцп в окремж зош штабеля в1д середнього значения со; п - число зон вим1рювання (число зам1р1в) швидкосп.
Р|вном1рн1Сть температурного поля. Як показник р1вном1рносп ирийня-то коефщ!ент вар1ацн V,:
min по At,
(5)
де: Л - вщхилення температури вщ середнього значения t, °С; m - число 3aMipiB температури.
Коефщкнт використанпя агента сушишя. Дании показник тд.характери-зуе вщношення кклькосгп повггря V, яке циркулюс у штабел1 до BcieV маси пов1тря ¿У, що перемщусться вентиляторами, тобто
rjv= VHV-> max. (6)
Значения критер!ю ^„змшюеться у д1апазош 0,3<^у<1 i залежить вщ конс-трукци камери.
Коефщкнт корнсноТ дп камери. Даний показник можна представити як добуток коефщ1ент1в використання внутршнього об'ему kv i використанпя камери у 4aci кг
г/К= kv kr—> max, (7)
£ ,.=77365—> max по Т. (8)
кг=Е/Ук-+ max по E, (9)
де К,- внутр1шнш об'ем камери, м3.
Обгрунтування вмбору типу сушильних камер. Процес сушшня - най-бтыи енергом1сткий ¡з Bcix npouecie деревообробки. Коло 80-85 % тепловоУ енер-riY деревообробного шдприемства споживае сушильне господарство. Стан справ у галуз4 сушшня пилопродукцп на даний час можна характеризувати, як критичний. В експлуатащУ знаходяться застарш типи сушильних камер з високим споживан-ням енерпУ:
• 40 % - камери з природною циркуляцию, реконструйоваш на ежекцшш;
• 30 % - ежекцшш камери "ВНД1 ДМаш-Дшродеревпром";
• 10 % - аеродинамЫт ПАП-32;
• 10 % - одно-, двоштабельш камери перюдичноУ дп типу ВК-4; СПЛК, УЛ, СПВ-62, ЛЛТ1, СКД;
• 5 % - ¡мпортш сушильш камери (80-х рок!в випуску, ям використовуються ко-мерцшними структурами).
Бшышсть камер були оркнтоваш на теплопостачання вщ потужних коте-льних установок, яю зараз працюють аритм1чно (припинення подач1 пари у л!тнш перюд, значш коливання параметр^ пари). Поряд з енергетичними проблемами значним недолжом роботи сушильних господарств е недотримання технологи. На
104
Збфник науково-техшчних праць
Науковий вкиик, 2002, вип. 12.2
кожн1 5 шдприемств тшьки в одному процес сушшня проводиться наближено до режиму. Тому, на сьогодшшшй день практично 80 % шдприемств необхщно тех-шчно переоснастити сушильною техшкою, з яких коло 30 % можна реконструю-вати.
Ситуашя на ринку сушильних камер (за даними ф1рми "У.Уашсек") перед-бачае використання трьох основних систем:
• 91-97 % - класичш конвекгивш вентиляцшж сушарки;
• 1-3 % - конденсацшш сушарки;
• 2-6 % - вакуумш сушарки (за останшй час питома вага вакуумних сушарок набу-вае тенденцп до зростання).
При вибор1 типу сушильних камер основну роль вщцрають там фактори: вид енергп, яка застосовуеться; специфжащя та об'еми матер1алу, який гпдлягае сушшню та задаш якюш показники; вщповщш ¡нвестицшш кошти. За споживан-ням видт енергп основними типами сушильних камер ситуашя виглядае таким чином:
Джерело 11отреба в енергп для сушилыюУ системи
енергп конвективна конденсашйна вакуумна
теплова 85-95 % 10-20% 50%
електрична 5-15 % 80-90 % 50%
У випадку, коли на деревообробних пщприемствах утворюються велию запаси деревних вщход1в 1 вони оснащеш котлами-утилваторами, або е ¡нал дже-рела тепловоУ енергп, традицшне конвективне сушшня отримуе перевагу. Су-шильш камери такого типу випускаються р1зних типорозмф1в залежно вщ об'сму висушуваних пиломатер1ал1в. Необхщно зазначити, що великогабаритш сушарки е бшьш економ1чними по вщношенню до малих, що зумовлено меншими ¡нвести-цшними затратами на 1 м3 висушуваноУ деревини. Однак, вони ¡стотно обмежу-ють мобшьшсть виробництва (в сьогодшшнш ситуацп рщко вдаеться створити велию запаси матер1алу через вщсутнють обцових кошпв, тому так1 камери пра-цюють з ¡стотним недовантаженням). Основними напрямками розвитку традицш-ного конвективного сушшня е:
• випуск "стандартних" уншерсальних сушильних камер;
• оркнташя випуску сушильиих камер на конкретне шдивщуальне замовлення (в залежносп гид об'ем1в сушшня, породного складу, виду сортименте, та шших умов);
• иристосування вже ¡снуючих примшкнь гид сушильну камеру (цей вар1ант дозво-ляе ¡стотно економити кошти).
У бшьшосп тишв сушильних камер застосовуеться поперечно-вертикальна схема циркуляцп агента сушшня, як правило, з верхшм розташуванням вентиля-тор1в. Застосування електродвигушв спещального захисного виконання (термо-стшких 1=80-120°С та вологозахищених) на валах з безпосередшм розмщенням осьових вентилятор1в дозволяе покращувати аеродинам!чш показники камер 1 ¡с-тотно зменшувати витрати електроенергм. Проанал1зуемо ефектившсть деяких сучасних способш сушшня \ вщповщних сушильних камер [2|.
Вакуумннй спос|б сушшня поеднуе дв1 переваги: низью температури сушшня (осюльки при пониженому тиску температура кипшня води менша 100 °С); прискорений час сушшня, внаслщок того, що бшьший процент вологи у деревиш рухаеться у вигляд1 пари. Такий спос1б рекомендовано застосовувати при сушшш
2. Техполопя та устагкування деревообробних шдирнгмсгв ]()5
заготовок твердих листяних порщ, або при сушшш товстих сортименте. Знахо-дять застосування вакуумш камери двох тишв: конвективш вакуумш камери (¡з застосуванням вентилятор1в); кондуктивш вакуумш камери (¡з нагршальними плитами). Реальний час суилння у вакуумних конвективних камерах зменшуеться приблизио на 20 %, а у вакуумно-кондуктивних в 4-5 разш менший, шж у тради-шйних. Окр1м цього, застосування менших температур, вщповщно, дозволяе еко-номити теплову енерпю. Вакуумш сушильш камери потребують ¡стотних ¡нвес-тицшних кошгпв. На ринку УкраУни пропонуеться вакуумно-дюлектрична су-шильна камера СПВД-202. Однак, недосконал!сть ВЧ-генератора (низький к.к.д., складшсть в експлуатацн 1 ремонт!) \ як наслщок - велика витрата електроенерш, а також вщсутшсть вщпрацьованих технологш, не дозволяють на даному еташ використання такого класу сушарок.
Конденсащйш сушильш камери застосовуються у випадку дешевоУ елек-тричноУ енерпУ, а також для сушшня цшних порщ деревини (сушшня при низьких температурах). Перевагою даних сушарок е те, що вони не вимагають буд1вництва котельних установок. Залежно вщ об'ему 1 породи висушуваноУ деревини камери комплектуються конденсацшними агрегатами р1зноУ потужностк Для циркуляцп агента сушшня застосовуються вентилятори, як I у конвективних камерах. Спе-цифжа робота кондеисацшних (холодильних) агрегате не дозволяе шдшмати температуру вище 45-60 °С. Час сушшня у такого типу сушарках приблизно на 50 % бшьший, шж у традицшних конвективних.
Останшм часом на ринку УкраУни з'явилися сушильш камери з викорис-танням струм1в надвисоких частот (НВЧ). Такого типу сушильш камери можуть бути застосоваш при висушуванш одиничних дошок (2-4 дошки за цикл). Кр1м того, вони мають ще ряд ¡нших недолшв, як1 потр1бно усунути:
• внаслщок того, що 1ШЧ-енергм проникае у деревину тшьки на глибину до 8 см, виникае значка нер1вном1ршсть просихання пиломатер1ашв;
• ф1зична природа НВЧ-нагр1вання: у мюцях з бшьшою волопспо матер1ал нагрша-еться до быьших температур, що при певних значениях вологосгп може призвести до його самозапалювання;
• вщсутшсть технологи (режими сушшня шдбираються експерименталыю);
• складшсть в обслуговуванш (замша магнггро1нв кож[п 600 год. роботи) та велика витрата електроснерги.
Таким чином, для обгрунтованого вибору обладнання для сушшня пилома-тер1ал1в необхщно врахувати вид застосовуваноУ енерпУ, специфЫашю та об'сми висушуваних пиломатер1ал1в, яюсш показники процесу сушшня. Для пщвищення ефективносп р1зних тишв сушарок доцшьно скористатися техншними критерими оптим1заш'1, описаних формулами 1-9. Для досягнення високоУ якосп сушшня пи-ломатер1алт з деревини твердих листяних порщ необхщно застосовувати сушильш камери, як1 мають низью значения таких критер1Ув оптимЬаци, як р1вномь ршсть циркуляцн агента сушшня 16% та р1вном1ршсть температурного поля У,8 %.
Лггература
1. Бнлей П.В. Сушка древесины твердых лиственных пород. - М.: Экология. 1992. - 224 с.
2. Б1пей П.В., Губер Ю.М. Сучасний стан техшки сушшня деревини в Укра1н1// Свгг меб-Л1В I деревини. - К., 2000, № 1-2. - С. 13-14._
] 05 Збфник науково-гехтчних праць
