Разработка технологии сушки оцилиндрованной древесины в гидрофильных жидкостях

Для жителей России в настоящее время самой актуальной является проблема жилья. Несмотря на существенный рост строительства в последние годы, жилищная проблема далека от решения. Поэтому необходимы технологии, позволяющие существенно сократить сроки возведения жилья, особенно это касается малоэтажного домостроения.

В последнее время строительство деревянных малоэтажных домов в основном осуществляют из оцилиндрованного бревна. Однако традиционная технология строительства домов из оцилиндрованного бревна имеет недостатки, которые тормозят весь процесс. К числу таких недостатков можно отнести использование естественной сушки бревен, которая, ввиду особой геометрии бревна, не позволяет производить удаление влаги без продольного трещинообразования. Учитывая качество, не надо забывать и о низкой био- и огнестойкости высушенных бревен, что снижает эстетический вид, значительно сокращает их срок службы и увеличивает риск возникновения пожаров в домах построенных данным способом. Кроме того, существенная продолжительность процесса, которая порой достигает двух месяцев, приводит к большим теплопотерям и, соответственно, энергозатратам.

В то же время известна технология сушки массивной древесины в гидрофильных жидкостях, в качестве которых могут выступать антисептические и антипиренные растворы различных солей, что позволяет проводить одновременную сушку-пропитку [1]. Однако данная технология не нашла широкого использования, вследствие достаточно высокой продолжительности процесса.

С целью устранения перечисленных недостатков были проведены исследования осциллирующей сушки оцилиндрованных бревен в гидрофильных жидкостях.

Для этого была создана экспериментальная сушильная установка для исследования осциллирующей сушки-пропитки крупномерной массивной древесины в растворе поваренной соли, схема которой представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема для расчета средней высоты осыпания частиц
1 – цилиндрическая обечайка; 2 – крышка; 3 – масляная рубашка; 4 – нагревательная емкость; 5 – циркуляционный насос; 6 – вакуумный насос; 7 – патрубок; 8 – резервуар для жидкости; 9 – вентиль; 11 – патрубок; 12 – насос; 13 – оцилиндрованное бревно

Данная установка представляет собой герметичную цилиндрическую обечайку 1 с крышкой 2. Для передачи теплоты от теплоносителя к сушильному агенту используется масляная рубашка 3. Нагрев теплоносителя происходит в емкости 4.

Циркуляция горячего теплоносителя между нагревательной емкостью 4 и теплоиспользующим аппаратом 1 (вакуумная сушилка) осуществляется с помощью циркуляционного насоса 5. Внутреннее пространство корпуса 1 сообщено с вакуумным  насосом 6 с помощью патрубка 7, с резервуаром для гидрофильной жидкости 8 через вентиль 9, а с атмосферой – через патрубок 11. Гидрофильная жидкость закачивается в камеру 1 при помощи насоса 12.

Установка работает следующим образом. После помещения в камеру 1, оцилиндрованного  бревна 13, камеру герметизируют с помощью крышки 2. При открытом вентиле 9 с помощью насоса 12 подают агент сушки, в качестве которого при проведении экспериментальных исследований выступал раствор поваренной соли. Нагретое масло с помощью насоса 5 циркулирует в масляной рубашке 3 и нагревает гидрофильную жидкость до заданной температуры. Одновременно происходит процесс нагрева древесины в камере. После завершения стадии нагрева гидрофильная жидкость из камеры 1 самотеком сливается в резервуар 8, и начинается стадия вакуумирования. Для этого включают вакуумный насос 6. Выдержка под вакуумом производится до снижения температуры в центре материала до заданного значения. Цикл «прогрев-вакуумирование» повторяют несколько раз до достижения постоянной влажности древесины.

В качестве модельных материалов для экспериментальных исследований осциллирующей сушки в гидрофильных жидкостях были взяты образцы различных пород древесины (сосна, ель, пихта и береза), диаметром 180-200 мм. Процесс нагрева проводился при температуре 353 К, на стадии вакуумирования абсолютное давление составляло 20 кПа.

По полученным результатам экспериментальных исследований предложенной вакуум-осциллирующей сушки древесины в гидрофильных жидкостях были построены кривые сушки (рис. 2).

Рис. 2. Кривые сушки древесины в гидрофильных жидкостях
1 – традиционная сушка в гидрофильных жидкостях; 2 – осциллирующая технология сушки

Из представленных зависимостей видно, что скорость сушки древесины ранее известным способом значительно ниже, чем при использовании осциллирующей технологии.

Математическая обработка результатов экспериментальных исследований позволила опре- делить минимальную разницу температур на стадиях прогрева и вакуумирования при осциллирующей сушке древесины в гидрофильных жидкостях, обеспечивающую на стадии вакуумирования удаление влаги, поглощенной древесиной при её прогреве в жидкости (рис. 3).

Рис. 3. Минимально необходимая разница температур на стадиях нагрева и вакуумирования.

Таким образом, для возможности сушки оциллиндрованных бревен, применительно к деревянному домостроению (минимальный диаметр бревен 180 мм), до значений конечной влажности 10 % и 20 % разница температур на стадиях прогрева и вакуумирования должна составлять более 50 К.

Отсюда, принимая на стадии вакуумирования температуру равной 293 К, температура жидкости на стадии прогрева должна составлять 353 – 363 К, что соответствует нормальным режимам конвективной сушки древесины и не вызывает снижения физико-механических свойств материала.

При увеличении диаметра высушиваемых бревен необходимая разница температур на стадиях нагрева и вакуумирования уменьшается. Кроме того, результаты экспериментов указали на рост значения влагосъема за один цикл «прогрев-вакуумирование» при возрастании диаметра высушиваемых бревен, что объясняется существенным повышением количества аккумулированной тепловой энергии на стадии нагрева при незначительном увеличении площади поверхности материала. Сопоставительный анализ предложенной технологии осциллирующей сушки древесины в гидрофильных жидкостях в сравнении с традиционными конвективными способами свидетельствует о снижении энергозатрат на сушку крупномерных древесных материалов в 1,3 раза за счет снижения продолжительности процесса и, как следствие, теплопотерь в окружающую среду.

Полученные результаты научной обработки экспериментальных данных по опытно-исследовательским процессам осциллирующей сушки в гидрофильных жидкостях позволяют расширить границы эксперимента для дальнейшего его изучения и определения  рациональных режимных параметров данного процесса.

Список литературы

1. Серговский П.С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. – М.: Лесн. пром-ть, 1981. – 304 с.
2. Сафин Р.Р., Хасаншин Р.Р., Гильмиев Р.Р., Валиев Ф.Г. Снижение расхода энергии на проведение процессов сушки древесины посредством вакуумно-конвективной технологии // Деревообрабатывающая пром-ть. – 2008, №5, С. – 22-23.

УДК 674.047