РЕЖИМЫ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ: ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЯ, НОРМАТИВНЫЕ И НОВЫЕ ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 6

Соколов И.В.

аспирант

Уральский государственный лесотехнический университет (г. Екатеринбург, Россия)

РЕЖИМЫ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ: ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЯ, НОРМАТИВНЫЕ И НОВЫЕ ОПТИМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ

Аннотация: в статье рассматриваются действующие ранее, нормативные, а также новые оптимальные режимы сушки пиломатериалов, дан их анализ.

Ключевые слова: сушка древесины, сушка пиломатериалов, режимы сушки пиломатериалов.

В процессе сушки пиломатериалов значительно улучшаются физико-механические, технологические, эксплуатационные свойства древесины. Это самая длительная по времени, самая энергоемкая и дорогостоящая технологическая операция.

Удаление влаги из древесины в процессе сушки - это достаточно сложный физико-химический процесс, сопровождающийся тепло- и массообменом, изменением формы и размеров сортиментов древесины, а также всего комплекса параметров, определяющих её качество.

Режим сушки древесины - это совокупность термовлажностных воздействий сушильного агента на пиломатериал, обеспечивающих заданное качество и скорость его сушки. Другими словами, режим сушки - это расписание состояния сушильного агента по времени или по влажности древесины в процессе сушки.

Вопросы, касающиеся влияния режимов сушки на качество сушки пиломатериалов, весьма подробно исследованы в 50-е - 80-е годы ХХ века [12, 13 и др].

В настоящее время основным руководством по проведению сушки древесины являются разработанные на основании принципов, сформулированных П.С. Серговским, «Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины», изданные в 1985 г. (ЦНИИМОД, Архангельск) [10], ГОСТ 19773-84 [4] и 18867-84 [3].

Для данной системы режимов сушки характерными являются:

трехступенчатая структура режима с двумя переходными влажностями:

- для хвойных пород 35 и 25 % (при мягком режиме 35 и 20 %),

- для лиственных пород - 30 и 20 %,

при переходе со ступени на ступень температура возрастает, а степень насыщенности среды (а значит, и равновесная влажность) уменьшается,

режимы низкотемпературного и высокотемпературного процессов.

Режимы низкотемпературного процесса предусматривают использование в качестве сушильного агента влажного воздуха с температурой на первой ступени сушки ниже 100 °С, хотя на последней стадии процесса допускается более высокая температура.

В зависимости от требований, предъявляемых к пиломатериалам, устанавливают следующие категории режимов:

- мягкие режимы (М), обеспечивающие бездефектную сушку пиломатериалов при полном сохранении природных физико-механических свойств древесины, в том числе ее прочности и цвета, а также состояния в ней смолы. Эти режимы рекомендуются для сушки до транспортной влажности экспортных пиломатериалов, в которых не допускается выплавление смолы, выпадение сучков и изменение натурального цвета (потемнение древесины хвойных пород или пожелтение буковой и берёзовой древесины от нагревания),

- нормальные режимы (Н), обеспечивающие бездефектную сушку пиломатериалов при сохранении прочности древесины, но с возможным незначительным изменением ее цвета. Данные режимы рекомендуются при сушке древесины для внутреннего потребления до любой влажности,

- форсированные режимы (Ф), обеспечивающие сушку пиломатериалов при сохранении прочности на изгиб, растяжение и сжатие, но некотором (до 20%) снижении прочности на скалывание и сопротивление раскалыванию с возможным потемнением древесины. Такие режимы рекомендуются при сушке до эксплуатационной влажности пиломатериалов и предназначены для изделий, работающих с большим запасом прочности.

Режимы высокотемпературного процесса предусматривают использование в качестве сушильного агента перегретого пара атмосферного давления с температурой выше 100 °С. Они обеспечивают высокоинтенсивную сушку пиломатериалов при возможном незначительном снижении прочности на изгиб, растяжение и сжатие, но существенном (до 30%) снижении прочности на скалывание и сопротивление раскалыванию с потемнением древесины. Такие режимы могут применяться при сушке до эксплуатационной влажности пиломатериалов целевого назначения для изделий, работающих с большим запасом прочности.

По данным П.В. Соколова [14] высокотемпературные режимы позволяют сократить продолжительность сушки в 2 - 2,5 раза по сравнению с режимами низкотемпературного процесса, правда, это дает экономию в стоимости сушки всего лишь от 0,6 до 1,8 %.

Многочисленные исследования [5, 16 и др.] также подтвердили отрицательное влияние повышенной температуры на качество высушенной древесины. При этом уменьшается прочность древесины на 6 - 20 % для хвойных пород и до 30 % для лиственных, увеличивается хрупкость древесины, выплавляется смола, выдавливаются сучки, заметно темнеет цвет древесины и т.п.

Значения параметров конкретных режимов устанавливают в зависимости от породы, размеров, влажности и назначения высушиваемых пиломатериалов.

Структура нормативного режима, соответствующая РТМ-85, приведена на рисунке.1.1.

Рисунок 1.1 - Структура нормативного режима сушки пиломатериалов. I, II, III - ступени процесса сушки, tel, tc2, tc3- температура по сухому термометру соответствующей ступени, tм - температура по мокрому термометру, Atl, At2, At3 - психометрическая разность на соответствующей ступени.

Нормативные режимы сушки пиломатериалов всегда были построены таким образом, что температура мокрого термометра на протяжении всего процесса остаётся постоянной, а температура сухого термометра ступенчато увеличивается в зависимости от средней влажности древесины.

Так, например, в 40-50-е годы ХХ века применялись так называемые восьмиступенчатые режимы [7]. Для них характерно постепенное увеличение температуры по ходу процесса через каждые 5 % уменьшения влажности древесины.

В 1957 году были введены шестиступенчатые режимы [34], что позволило несколько интенсифицировать процесс.

В 1985 году были введены действующие по настоящий момент трёхступенчатые режимы [11].

Однако, уменьшение количества ступеней режима, привело с одной стороны к тому, что относительное изменение величин параметров режимов при переходе со ступени на ступень стало весьма существенным. С другой стороны, разработчики трёхступенчатой структуры [12 и др.] требуют максимально высокой скорости изменения параметров режима, что требует значительного повышения мощности теплового оборудования камер, что повышает капитальные вложения и эксплуатационные затраты на сушку.

Кроме того, при резком увеличении температуры агента сушки и одновременном снижении его влагосодержания происходит не менее резкое изменение соотношения между внешним и внутренним влагообменом древесины.

Существенным недостатком трёхступенчатой структуры режимов является также отсутствие возможности управления процессом влагообмена древесины со средой на протяжении всего процесса сушки [17].

И.В. Кречетов в [8] в связи с этим отмечает, что режимы сушки остановились в своем развитии путем их «ГОСТирования», т.е. замораживания на трёхступенчатой системе независимо от древесных пород, материала и т.п. Для сушки толстых, растрескивающихся сортиментов, а также для сушки ценных пород необходим тщательно регулируемый процесс с 5-7 ступенями, а для тонких досок мягких пород достаточно 1 -2 ступеней. Кроме этого, он отмечает, что ошибочно называть режимы сушки пиломатериалов при t = 100 0С и более «низкотемпературными».

Следует отметить, что попытки уменьшить количество ступеней режима связано с желанием разработчиков режимов максимально упростить управление камерой. Это было обусловлено тем, что в то время камеры, как правило, управлялись вручную. В современных условиях, когда автоматическое управление камерой стало нормой, режим сушки может иметь сколь угодно много ступеней, а в пределе стать просто бесступенчатым. При этом современные технические средства позволяют реализовать это весьма просто [1, 2]. Структура бесступенчатого режима сушки приведена на рисунке 1.2.

А

->

Вла;лл<хть пиломатериалов (\У>, %

Рисунок 1.2 - Структура бесступенчатого режима сушки.

1:с = f (W) - температура среды, Wр = А^) - равновесная влажность древесины.

При этом необходимые законы изменения tс и Wр от влажности древесины могут быть достаточно просто реализованы современными системами автоматического управления лесосушильными камерами. Следует также отметить, что строгий контроль за величиной tc и Wр в процессе изменения влажности древесины делает процесс влагообмена древесины со средой в значительной степени управляемым.

Л.Н. Кротов [9] пишет, что анализ нормативных режимов сушки пиломатериалов в камерах как периодического, так и непрерывного действия дает основание считать, что с точки зрения продолжительности процесса, сохранности материала и энергетических затрат эти режимы не являются оптимальными. В этой связи была предложена другая структура режима [15], при которой температура агента сушки по сухому термометру не изменяется на протяжении всего процесса, а температура по смоченному термометру

постепенно снижается, и к концу сушки психрометрическая разность достигает наибольшей величины.

При этом продолжительность сушки пиломатериалов по сравнению с традиционными режимами снижается для тонких сортиментов на 10 - 15 %, а для более толстых на 10 - 25 %. Во всех случаях уменьшаются трещины и коробление.

Структура эффективных режимов сушки, предложенных Л.Н. Кротовым, приведена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Структура эффективных режимов сушки Л.Н. Кротова.

I, II, III - ступени процесса сушки, tc- температура по сухому термометру, tм1, tм2, tм3 - температура по мокрому термометру соответствующей ступени, Ди, Дt2, Дt3 - психометрическая разность на соответствующей ступени.

Аналогичная структура режима была исследована В.В. Сергеевым [6] и также дала положительные результаты.

Таким образом, можно сделать вывод, что применяемая в настоящее время структура нормативных режимов сушки, соответствующих РТМ-85, не является оптимальной ни с точки зрения продолжительности процесса, ни качества высушиваемого материала. Это вызывает необходимость разработки

новых оптимальных режимов сушки, которые могли бы быть сравнительно просто реализованы с помощью современных технических средств автоматизированного управления лесосушильными камерами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Гороховский А.Г. Современное направление в научно- исследовательской и опытно-конструкторской работе по снижению расхода энергоносителей в лесосушильном хозяйстве / А.Г. Гороховский // III Международный форум «Лесопромышленный комплекс России в XXI веке»: тезисы доклада конференции «Оборудование и модернизация лесопильных и деревообрабатывающих предприятий». М. 2001;

2. Гороховский А.Г. Энергосберегающая технология камерной сушки пиломатериалов / А.Г. Гороховский // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. СПб.: СПбЛТА им. С.М. Кирова. 2005;

3. ГОСТ 18867 - 84. Пиломатериалы хвойных пород. Режимы сушки в противоточных камерах непрерывного действия. Типовые технологические процессы // Пиломатериалы. Заготовки. Деревянные детали. М.: Стандартинформ, 2009;

4. ГОСТ 19773-84. Пиломатериалы хвойных и лиственных пород. Режимы сушки в камерах периодического действия. Типовые технологическиепроцессы // Пиломатериалы. Заготовки. Деревянные детали. М.: Стандартинформ, 2009;

5. Дьяконов К.Ф. Сохранение прочности древесины при камерной сушке / К.Ф. Дьяконов // Сушка древесины. Архангельск: ЦНИИМОД, 1968;

6. Красновский Н.В. Конечная влагообработка и контроль состояния древесины после сушки / Н.В. Красновский, Л.В. Сахновский // Деревообрабатывающая промышленность. № 1. 1956. С. 5 - 8;

7. Кречетов И.В. Сушка древесины / И.В. Кречетов. М., Л.: Гослесбумиздат, 1949;

8. Кречетов И.В. Сушка древесины / И.В. Кречетов. М.: Лесн. пром-сть, 1977;

9. Кротов Л.Н. Рациональная структура режимов сушки пиломатериалов / Л.Н. Кротов // Деревообрабатывающая промышленность. 1987. № 12. С.14 - 15;

10. Руководящие материалы по камерной сушке пиломатериалов / ЦНИИМОД. Архангельск, 1971. 162 с.;

11. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины / ЦНИИМОД. Архангельск: «Правда Севера», 1985;

12. Серговский П.С. О рациональных режимах сушки пиломатериалов в высокотемпературных сушилках / П.С. Серговский // Деревообрабатывающая промышленность. 1962. № 1. С. 4 - 8., № 2. С. 2- 6;

13. Серговский П.С. Гидротермическая обработка древесины / П.С. Серговский. М.: Лесн. пром-сть, 1975;

14. Соколов П.В. Перспективы развития сушки древесины в СССР / П.В. Соколов // Сушка древесины. Архангельск: ЦНИИМОД, 1968;

15. Способ сушки пиломатериалов: а. с. 1318771 СССР / Л.Н. Кротов, Н.П. Толкачева, С.В. Мансуров. Б.И. № 23. 1987;

16. Шитова А.Е. Влияние повышенной температуры в процессе сушки бука на его физико-механические свойства / А.Е. Шитова // Деревообрабатывающая промышленность. 1962. № 4;

17. Шишкина Е.Е. Энергосберегающая технология конвективной сушки пиломатериалов на основе управляемого влагопереноса в древесине: дис. д-ра техн. наук: 05.21.05 / Шишкина Елена Евгеньевна. Архангельск: САФУ им. М.В. Ломоносова, 2016. 336 с.

Sokolov I.V.

Ural State Forestry University (Ekaterinburg, Russia)

DRYING MODES OF LUMBER: HISTORY OF CHANGES, REGULATORY AND NEW OPTIMAL REGIMES

Abstract: the article examines the previously existing, regulatory, as well as new optimal modes of drying lumber, their analysis is given.

Keywords: drying of wood, drying of lumber, drying modes of lumber.