CC BY
23
ТЕПЛОМАСООБМІННІ ПРОЦЕСИ I ПРОГРЕСИВНІ ТЕХНОЛОГІЇ ДЕРЕВООБРОБКИ
УДК 674,047 Проф, П,В, Білей, д,т,н,; cm, еикл, Я,Ф, Кулешник;
acnip, І,А, Соколовський - УкрДЛТУ
ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ РЕЖИМІВ СУШІННЯ ДЕРЕВИНИ
Наведено основні принципи побудови раціональних режимів сушіння деревини. Математично описано оптимальне значення рівноважної вологості.
Prof, Р, V, Bilej; Ya,F, Kuleshnyk; LA, Sokolovsky - USUFWT
Principles of construction of drying conditions of timber
The main principles of construction of rational modes of drying of timber are adduced. The best value of equilibrium damp is mathematically described.
Умови проведення процесу сушіння (тобто режим сушіння) залежить від розмірів, форми і призначення деревних матеріалів. Раціональний режим сушіння повинен забезпечити мінімальну тривалість процесу при дотриманні якісних показників матеріалу, відповідно до його призначення.
При сушінні пиломатеріалів повинні забезпечуватись такі умови, щоб величина внутрішніх напружень не досягала границі міцності матеріалу. Цього можна домогтися, якщо на початковій стадії процесу витримувати малу величину перепаду вологості (Wt. н - Wn) —> min, що досягається високим степенем насиченості повітря (ер) та низькою початковою температурою сушіння (tc). В міру висихання пиломатеріалів відносну вологість необхідно зменшувати, щоб досягти потрібної кінцевої вологості. Температуру середовища в кінці процесу можна підвищувати, що інтенсифікує процес. При зниженні вологості нижче точки насичення показники міцності деревини зростають (в декілька разів) і тому зростання жорсткості режиму не позначається на цілісності деревини. Таким чином, для сушіння пиломатеріалів раціональними є режими, в яких температура сушильного агента по ходу процесу зростає, а його відносна вологість (ступінь насичення) зменшується.
При сушінні шпону та подрібненої деревини період постійної швидкості сушіння (період інтенсивного випаровування вологи з деревини) є досить значним, а внутрішні напруження не відіграють істотного значення (товщина шпону та розміри частинок є досить малими) режими будують за іншою схемою. На початку процесу, коли йде інтенсивне випаровування вологи, яке відповідає випаровуванню при кипінні води, температура матеріалу (tM =100 °С) не піднімається вище за температуру кипіння - tK. Тому на першій стадії процесу температуру агента сушіння можна піднімати до 200...З00 °С. На другій стадії сушіння (другий період процесу сушіння), коли випаровування сповільнюється, температуру повітря (топкових газів) необхідно зменшувати до 100... 120 °С. Відносна вологість сушильного агенту істотної ролі в процесі сушіння (для шпону і подрібненої де-
Тепломасообмінні процеси і прогресивні технології деревообробки
57
________________________________________Український державний лісотехнічний університет
ревини) не відіграє. Таким чином, при сушінні шпону і подрібненої деревини раціональними режимами є такі, в яких температура сушильного агенту по ходу процесу зменшується.
Для порівняння між собою різних режимів за очікуваними кількісними і якісними результатами існують три критерії: жорсткості, ефективності та безпечності.
Критерій жорсткості характеризує інтенсивність випаровування вологи в даному сушильному агенті. Більш жорстким вважається режим, який забезпечує вищу інтенсивність випаровування вологи. З двох режимів однаковою відносною вологістю (ер), при однаковій вологості матеріалу, більш жорстким є режим з підвищеною температурою. При однаковій температурі середовища більш жорстким є режим з меншою величиною tc і ф. Якщо порівнюються режими з різними tc І ф, показником їх жорсткості є психрометрична різниця (tc-tM). Таким чином, жорсткість режиму визначається параметрами сушильного агента і вологістю матеріалу оскільки при однаковому стані середовища інтенсивність випаровування зменшується при зниженні вологості деревини.
Критерій ефективності характеризується відношенням тривалості сушіння однакового матеріалу різними режимами, тобто, ефективність одного режиму порівняно з іншим оцінюється відношенням тривалості процесів (Ті/т2).
Критерій безпечності визначає наскільки цей режим є безпечний для деревини, безпечний від руйнування внутрішніми напругами. Величина цього критерію оцінюється відношенням границі міцності деревини [а] до максимальних напружень (Ощах), які виникають при сушінні, тобто відношення [о]/атах має бути завжди більше одиниці. Критерій безпечності режиму можна визначати при відомих характеристиках матеріалу (вологість, переріз, порода), границі міцності з використанням відомих залежностей. Таким чином наприклад, для дошки тангентального випилювання
CTm.x = 0,01KTE(wt)(WTH -Wp) та Б = -И- = 1,0,
с
шах
де E(w t) - модуль пружності деревини
E(W,t) =d — bt + (et - d)W,
де a, b, c, d - коефіцієнти рівняння.
Знайдемо оптимальне значення рівноважної вологості деревини
[wP]>wTH.
Ы
0,01KTE(wt) • Б ’
де Б - критерій безпечності режиму, який потрібно приймати більше одиниці.
Враховуючи, що мінливість механічних показників деревини може мати 16...24 %, то значення коефіцієнта безпечності необхідно приймати при значеннях [Б]=1,2...1,3.
Режими сушіння деревини (розклад параметрів середовища на вході до матеріалу) складають за різними принципами. Розглянемо основні з них. Перший, найбільш поширений, принцип побудови режимів базується на зміні параметрів середовища (tc, ф) при постадійній зміні вологості (W) деревини. За таким прин-
58
Розробка сучасних технологій деревообробки
ципом побудовані режими: 8-ми ступеневі (І.В. Кречетов), 6-ти ступеневі (П.В. Соколов), триступеневі (П.С. Серговський), двоступеневі (П.С. Серговський), багатоступеневі (зарубіжних фірм Hildebrand; Vanicek; Valmet;...), різноступеневі (І.В. Кречетов, П.В. Білей) та безступеневі (ЛатНДІЛГП). Достатня кількість експериментальних даних дає підстави для побудови таких режимів (другий принцип), де зміна параметрів середовища (t, ер) відбувається за тривалістю (часом) сушіння. Тобто, коли експериментально доведено, що за визначений час деревина (певної характеристики) набуває потрібної вологості при якій необхідно змінювати параметри середовища. Ефективними є режими, де зміна параметрів середовища призначається (третій принцип) по величині внутрішніх напружень, що виникають в деревині при сушінні Але для впровадження таких режимів необхідно провести великий обсяг досліджень напружено-деформівного стану деревини, зміни їх фізико-механічних показників при сушінні.
УДК 66,047 Проф, Я.М. Ханик, д,т,н, - НУ "Львівська політехніка "
ОГЛЯД ПРОЦЕСІВ СУШІННЯ КАПІЛЯРНО-ПОРИСТИХ ЛИСТОВИХ МАТЕРІАЛІВ
Наведені результати досліджень, які показують зв'язок структурної модифікації листових капілярно-пористих і капілярно-пористих колоїдних матеріалів з кінетикою сушіння.
Prof, Ya. Hanyk - NU "Lvivs *ka Politekhnika "
The showed processes drying of disperse materials
In this work are represented results of researching which shows connection of modification between capillary porous leafy materials and kinetic of drying.
Структура листових газопроникних матеріалів значно складніша, ніж шару зернистих матеріалів. Це пов’язано з тим, що капіляри і канали листових газопроникних матеріалів утворені не з окремих частин, які як за формою, так і за розмірами певною мірою близькі між собою, а із окремих волокон, які в результаті переплетення утворюють складну пористу структуру.
При фільтраційному сушінні розподіл капілярів за розмірами немає дуже важливого значення. В першу чергу для даного методу сушіння важливими є ефективні вільний об’єм і внутрішня поверхня, тобто наскрізні канали, якими рухається теплоносій і поверхня, із якою він безпосередньо контактує.
Значно меншу роль для фільтраційного процесу сушіння мають замкнуті капіляри і канали. Істотний вплив на інтенсивність фільтраційного сушіння мають також розгалужені канали і капіляри, які перетинаються із наскрізними капілярами.
Визначення вільного об’єму наскрізної пористої структури і об’єму капілярів, що з’єднані з нею, ускладнене. Тому для отримання характеристики структури матеріалу використовуємо показники загального вільного об’єму, питомої внутрішньої поверхні і наведеної густини.
Вільний об’єм матеріалів, з якими проводилися дослідження, визначався за допомогою просочувального методу [1], а питома поверхня - методом теплової десорбції [2].
Тепломасообмінні процеси і прогресивні технології деревообробки
59
