Сушка древесины

Также известен как приправа, которая представляет собой снижение содержания влаги в древесине перед ее использованием.

Штабель древесины сушки на воздухе

Сушка древесины (также приправа пиломатериалов или приправа для древесины ) снижает содержание влаги в древесине перед ее использованием. Когда сушка производится в печи , продукт известен как высушенная в печи древесина или пиломатериалы , тогда как сушка на воздухе является более традиционным методом.

Существуют две основные причины усыхания древесины:

Деревообработка

Когда древесина используется в качестве строительного материала, будь то в качестве структурной опоры в здании или в предметах деревообработки , она будет поглощать или вытеснять влагу до тех пор, пока не придет в равновесие с окружающей средой. Уравновешивание (обычно сушка) вызывает неравномерную усадку древесины и может привести к повреждению древесины, если уравновешивание происходит слишком быстро. Равновесие необходимо контролировать, чтобы предотвратить повреждение древесины. ^{[ нужна цитата ]}

Выжигание по дереву

Когда сжигается древесина ( дрова ), обычно лучше сначала ее высушить. Повреждение от усадки здесь не является проблемой, как это может быть в случае сушки для целей деревообработки. Влага влияет на процесс горения, при этом несгоревшие углеводороды поднимаются в дымоход. Если 50% влажное бревно сжигается при высокой температуре, при хорошем отводе тепла от выхлопных газов, что приводит к температуре выхлопных газов 100 °C , около 5% энергии бревна теряется на испарение и нагрев водяного пара. С помощью конденсаторов эффективность можно еще больше повысить; но для обычной печи ключ к сжиганию влажной древесины — это разжечь ее очень жарко, возможно, разжигая огонь сухими дровами. ^{[ нужна цитата ]}

Небольшие поленья для дров сушатся на месте

Для некоторых целей древесину вообще не сушат, а используют в зеленом виде . Часто древесина должна находиться в равновесии с воздухом снаружи, как в случае строительной древесины, или с воздухом в помещении, как в случае с деревянной мебелью.

Древесину сушат на воздухе или в специально построенной печи ( печи ). Обычно древесину перед сушкой распиливают, но иногда бревно сушат целиком.

Цементирование относится к пиломатериалам или древесине, которые были высушены слишком быстро. Древесина первоначально высыхает от скорлупы (поверхности), сжимая скорлупу и подвергая ядро ​​сжатию. Когда эта оболочка имеет низкое содержание влаги, она «затвердевает» и сопротивляется усадке. Сердцевина древесины по-прежнему имеет более высокое содержание влаги. Затем эта сердцевина начнет высыхать и сжиматься. Однако уже «затвердевшая» оболочка противостоит любой усадке. Это приводит к обратным напряжениям; напряжения сжатия в оболочке и напряжения растяжения в ядре. Это приводит к неослабленному напряжению, называемому цементацией. Закаленная [дерево] может значительно и опасно деформироваться, когда напряжение снимается путем распиловки .

Виды древесины

Древесину делят по ботаническому происхождению на два вида: хвойные — из хвойных деревьев и лиственные — из широколиственных деревьев. Хвойные породы легче и обычно имеют простую структуру, тогда как лиственные породы более твердые и сложные. Однако в Австралии хвойная древесина обычно относится к деревьям тропических лесов, а лиственная древесина — к видам склерофиллов ( Eucalyptus spp ).

Мягкие породы древесины , такие как сосна, обычно намного легче и их легче обрабатывать, чем твердые породы , такие как древесина фруктовых деревьев. Плотность хвойных пород колеблется от350 кг/ м ³700 кг/м ³ , тогда как лиственные породы450 кг/ м ³1250 кг/м ³ . После высыхания оба содержат примерно 12% влаги ( Desch and Dinwoodie, 1996 ). Из-за более плотной и сложной структуры древесины лиственных пород ее проницаемость намного меньше, чем у хвойных пород, что затрудняет ее сушку. Хотя пород лиственных пород примерно в сто раз больше, чем пород хвойных пород, возможность более быстрой и легкой сушки и обработки делает древесину хвойных пород основным источником коммерческой древесины в настоящее время.

Отношения между деревом и водой

Древесина после покрытия слоем воды имеет отражательную способность, подобную луже.

Когда зеленая древесина высыхает, первой уходит свободная вода из просвета клетки, удерживаемая только капиллярными силами. Удаление свободной воды обычно не влияет на физические свойства, такие как прочность и усадка. Точка насыщения волокна ( FSP) определяется как содержание влаги, при котором свободная вода должна полностью исчезнуть, а стенки клеток насыщаются связанной водой. В большинстве пород древесины точка насыщения волокна составляет от 25 до 30% влажности. Сиау (1984) сообщил, что точка насыщения волокна. Древесина живых деревьев и свежие бревна содержат большое количество воды, которая часто составляет более 50% веса древесины. Вода оказывает существенное влияние на древесину. Древесина постоянно обменивается влагой или водой с окружающей средой, хотя на скорость обмена сильно влияет степень герметичности древесины.

Древесина содержит воду в трех формах:

Бесплатная вода

Основная масса воды, содержащейся в просвете клетки, удерживается только за счет капиллярных сил. Она не связана химически и называется свободной водой. Свободная вода не находится в том же термодинамическом состоянии, что и жидкая вода: для преодоления капиллярных сил требуется энергия . Кроме того, свободная вода может содержать химические вещества, изменяющие характеристики сушки древесины.

Связанная или гигроскопичная вода.

Связанная вода связывается с древесиной посредством водородных связей . Притяжение древесины к воде возникает из-за наличия свободных гидроксильных (ОН) групп в целлюлозе , гемицеллюлозы и молекул лигнина в клеточной стенке. Гидроксильные группы заряжены отрицательно. Поскольку вода является полярной жидкостью, свободные гидроксильные группы в целлюлозе притягивают и удерживают воду за счет водородных связей.

пар

Содержание воды в просвете клетки в виде водяного пара при нормальной температуре и влажности обычно незначительно. ^[1]

Содержание влаги

Влажность древесины рассчитывают как изменение массы в пропорции к сухой массе по формуле (Сиау, 1984):

${\displaystyle {\text{moisture content}}={\frac {m_{\text{g}}-m_{\text{od}}}{m_{\text{od}}}}\times 100\%}$

Здесь – зеленая масса древесины, – ее сухая масса (достижение постоянной массы обычно после сушки в печи, установленной на ${\displaystyle m_{\text{g}}}$ ${\displaystyle m_{\text{od}}}$103 ± 2 °С (218 ± 4 °F ) в течение 24 часов, как указано Walker et al. , 1993). Уравнение также можно выразить в долях массы воды и массы сухой древесины, а не в процентах. Например,0,59 кг/кг (в сухом виде) соответствует содержанию влаги 59% (в сухом виде).

Точка насыщения волокна

Маркировка IPPC на деревянном поддоне обозначает KD: сушка в печи, HT : термообработка и DB: окорка. По сути, весь древесный упаковочный материал, экспортируемый в страну-член МККЗР, должен иметь подобную печать.

Когда зеленая древесина высыхает, первой уходит свободная вода из просвета клетки, удерживаемая только капиллярными силами. Удаление свободной воды обычно не влияет на физические свойства, такие как прочность и усадка. Точка насыщения волокна (FSP) определяется как содержание влаги, при котором свободная вода должна полностью исчезнуть, а стенки клеток насыщаются связанной водой. В большинстве пород древесины точка насыщения волокна составляет от 25 до 30% влажности. Сиау (1984) сообщил, что точка насыщения волокна (кг/кг) зависит от температуры T (°C) согласно следующему уравнению: ${\displaystyle X_{\text{fsp}}}$

${\displaystyle X_{\text{fsp}}=0.30-(T-20C)/1000K\;}$(1.2)

Кии и др. (2000) используют другое определение точки насыщения волокна (равновесное содержание влаги в древесине в среде с относительной влажностью 99%).

Многие свойства древесины значительно изменяются по мере сушки древесины ниже точки насыщения волокна, в том числе:

1. объем (в идеале усадка не происходит до тех пор, пока не потеряется некоторое количество связанной воды, то есть пока древесина не высохнет ниже FSP);
2. прочность (прочность обычно постоянно увеличивается по мере сушки древесины ниже FSP (Desch and Dinwoodie, 1996), за исключением прочности на ударный изгиб и, в некоторых случаях, ударной вязкости);
3. электрическое сопротивление , которое очень быстро увеличивается с потерей связанной воды, когда древесина высыхает ниже FSP.

Равновесное содержание влаги

Древесина – гигроскопичное вещество. Он обладает способностью поглощать или отдавать влагу в виде пара. Вода, содержащаяся в древесине, сама создает давление пара, которое определяется максимальным размером капилляров, заполненных водой в любой момент времени. Если давление водяного пара в окружающем пространстве ниже давления пара внутри древесины, происходит десорбция. Капилляры самого большого размера, наполненные в это время водой, опорожняются первыми. Давление паров внутри древесины падает, поскольку вода последовательно удерживается в более мелких капиллярах. В конечном итоге достигается стадия, когда давление пара внутри древесины становится равным давлению пара в окружающем пространстве над древесиной, и дальнейшая десорбция прекращается. Количество влаги, остающееся в древесине на этом этапе, находится в равновесии с давлением водяного пара в окружающем пространстве и называется равновесным содержанием влаги или ЭМС (Сиау, 1984). Из-за своей гигроскопичности древесина имеет тенденцию достигать содержания влаги, которое находится в равновесии с относительной влажностью и температурой окружающего воздуха.

Равновесная влажность древесины.

ЭМС древесины существенно зависит от относительной влажности окружающей среды (в зависимости от температуры) и в меньшей степени от температуры. Сиау (1984) сообщил, что ЭМС также очень незначительно меняется в зависимости от породы, механического напряжения, истории сушки древесины, плотности, содержания экстрактивных веществ и направления сорбции, в которой происходит изменение влажности (т.е. адсорбции или десорбции).

Влажность древесины при эксплуатации

Древесина сохраняет свои гигроскопические характеристики после использования. В этом случае он подвергается воздействию колебаний влажности, что является доминирующим фактором, определяющим его ЭМС. Эти колебания могут быть более или менее циклическими, например, суточные или годовые сезонные изменения.

Чтобы свести к минимуму изменения влажности древесины или перемещение деревянных предметов во время эксплуатации, древесину обычно сушат до содержания влаги, близкого к средним условиям ЭМС, которым она будет подвергаться. Эти условия различаются для внутреннего использования по сравнению с внешним использованием в данном географическом месте. Например, согласно Австралийскому стандарту качества сушки древесины (AS/NZS 4787, 2001 г.), для большинства австралийских штатов ЭМС рекомендуется составлять 10–12 %, хотя в крайних случаях для некоторых штатов этот показатель может достигать 15–18 %. места в Квинсленде, Северной территории, Западной Австралии и Тасмании. Однако ЭМС составляет всего лишь 6–7% в сухих домах и офисах с центральным отоплением или в зданиях с постоянным кондиционированием воздуха.

Усадка и набухание

При изменении влажности древесины могут возникать усадка и набухание (Стамм, 1964). Усадка происходит при уменьшении содержания влаги, а набухание — при его увеличении. Изменение объема не одинаково во всех направлениях. Наибольшие изменения размеров происходят в направлении, касательно годичных колец. Усадка от сердцевины наружу или в радиальном направлении обычно значительно меньше тангенциальной, тогда как продольная (вдоль волокон) усадка настолько незначительна, что ею обычно пренебрегают. Продольная усадка составляет от 0,1% до 0,3%, в отличие от поперечной усадки, которая составляет от 2% до 10%. Тангенциальная усадка часто примерно в два раза больше, чем в радиальном направлении, хотя у некоторых видов она даже в пять раз больше. Усадка составляет примерно от 5% до 10% в тангенциальном направлении и примерно от 2% до 6% в радиальном направлении (Walker et al. , 1993).

Дифференциальная поперечная усадка древесины связана с:

1. чередование поздних и ранних приростов древесины в пределах годового кольца;
2. влияние лучей древесины на радиальное направление (Кольманн, Коте, 1968);
3. особенности структуры клеточной стенки, такие как модификации угла микрофибрилл и ямки;
4. химический состав средней пластинки.

Сушку древесины можно охарактеризовать как искусство обеспечения того, чтобы значительные изменения размеров в результате усадки ограничивались процессом сушки. В идеале древесину сушат до того равновесного содержания влаги, которое будет достигнуто в древесине позже (при эксплуатации). Таким образом, дальнейшие изменения размеров будут сведены к минимуму.

Вероятно, невозможно полностью устранить изменение размеров древесины, но устранение изменения размера можно приблизить к химической модификации. Например, древесину можно обрабатывать химикатами для замены гидроксильных групп другими гидрофобными функциональными группами модифицирующих агентов (Стамм, 1964). Среди всех существующих процессов модификация древесины уксусным ангидридом отличается высокой эффективностью против усадки и разбухания (ASE), достижимой без повреждения древесины. Однако ацетилирование древесины внедряется медленно из-за стоимости, коррозии и улавливания уксусной кислоты в древесине. Существует обширный объем литературы, посвященной химической модификации древесины (Rowell, 1983, 1991; Kumar, 1994; Haque, 1997).

Сушка древесины является одним из методов повышения стоимости пиломатериалов первичной деревообрабатывающей промышленности. По данным Австралийской корпорации по исследованию и развитию лесной и деревообрабатывающей продукции (FWPRDC), сырые пиломатериалы лиственных пород, которые продаются по цене около 350 долларов за кубический метр или меньше, при сушке и обработке увеличиваются в цене до 2000 долларов за кубический метр и более. Однако используемые в настоящее время традиционные процессы сушки часто приводят к значительным проблемам с качеством из-за трещин, как внешних, так и внутренних, что снижает ценность продукта. Например, в Квинсленде (Anon, 1997), если предположить, что 10% высушенной древесины хвойных пород обесценивается на 200 долларов за кубический метр из-за дефектов сушки, лесопилки теряют около 5 миллионов долларов в год. В Австралии потери могут составить 40 миллионов долларов в год для хвойных пород и такую ​​же или большую сумму для лиственных пород. Таким образом, правильная сушка в контролируемых условиях перед использованием имеет большое значение при использовании древесины в странах, где климатические условия значительно различаются в разное время года. ^{[ нужна цитата ]}

Сушка, проведенная сразу после вырубки деревьев, также защищает древесину от первичного гниения, грибковых пятен и поражения некоторыми видами насекомых. Организмы, вызывающие гниение и образование пятен, обычно не могут развиваться в древесине с влажностью ниже 20%. Некоторые, хотя и не все, насекомые-вредители могут жить только в зеленой древесине.

Помимо вышеперечисленных преимуществ сушки древесины, существенными являются и следующие моменты (Walker et al. , 1993; Desch and Dinwoodie, 1996):

1. Высушенная древесина легче, а затраты на транспортировку и погрузочно-разгрузочные работы снижаются.
2. Сушеная древесина прочнее зеленой древесины по большинству прочностных свойств.
3. Древесина, предназначенная для пропитки консервантами, должна быть тщательно высушена, чтобы обеспечить надлежащее проникновение, особенно в случае консервантов масляного типа.
4. В области химической модификации древесины и изделий из древесины материал должен быть высушен до определенного содержания влаги, чтобы произошли соответствующие реакции.
5. Сухая древесина обычно работает, обрабатывается, обрабатывается и склеивается лучше, чем зеленая древесина (хотя есть исключения: например, зеленую древесину часто легче точить, чем сухую). Краски и отделочные материалы дольше держатся на сухой древесине.
6. Электро- и теплоизоляционные свойства древесины улучшаются при сушке.

Таким образом, своевременная сушка древесины сразу после рубки значительно улучшает качество и повышает ценность необработанной древесины. Сушка обеспечивает существенную долгосрочную экономию за счет рационализации использования древесных ресурсов. Таким образом, сушка древесины является областью исследований и разработок, которая волнует многих исследователей и лесозаготовительных компаний по всему миру.

Механизмы движения влаги

Вода в древесине обычно перемещается из зон с более высоким содержанием влаги в зоны с более низким содержанием влаги (Walker et al. , 1993). Сушка начинается с внешней стороны древесины и движется к центру, а сушка снаружи также необходима для удаления влаги из внутренних зон древесины. Впоследствии древесина достигает равновесия с окружающим воздухом по содержанию влаги.

Влажные проходы

Движущей силой движения влаги является химический потенциал. Однако не всегда легко связать химический потенциал древесины с обычно наблюдаемыми переменными, такими как температура и содержание влаги (Keey et al. , 2000). Влага в древесине перемещается внутри древесины в виде жидкости или пара через несколько типов каналов в зависимости от характера движущей силы (например, давления или градиента влажности) и изменений в структуре древесины (Langrish and Walker, 1993), как объяснено в следующий раздел о движущих силах движения влаги. Эти пути состоят из полостей сосудов, волокон, лучевых клеток, ямочных камер и отверстий их ямочных мембран, межклеточных пространств и переходных проходов клеточной стенки.

Движение воды происходит в этих ходах в любом направлении, как продольно в ячейках, так и латерально от клетки к клетке, пока не достигнет боковых высыхающих поверхностей древесины. Более высокая продольная проницаемость заболони лиственных пород обычно обусловлена ​​наличием сосудов. Боковая проницаемость и поперечный поток в лиственных породах часто очень низкие. Сосуды лиственных пород иногда блокируются из-за присутствия тилоз и/или выделения камедей и смол у некоторых других видов, как упоминалось ранее. На поверхности пиломатериалов большинства эвкалиптов обычно наблюдается наличие камедных жилок, образование которых часто является результатом естественной защитной реакции деревьев на повреждение. Несмотря на более высокую объемную долю лучей в лиственных породах (обычно 15% объема древесины), лучи не особенно эффективны при радиальном потоке, а ямки на радиальных поверхностях волокон неэффективны при тангенциальном потоке (Langrish and Walker, 1993). .

Пространство движения влаги

Доступное пространство для воздуха и влаги в древесине зависит от плотности и пористости древесины. Пористость – это объемная доля пустот в твердом теле. Сообщается, что пористость составляет от 1,2 до 4,6% сухого объема клеточной стенки древесины (Сиау, 1984). С другой стороны, проницаемость является мерой легкости, с которой жидкости транспортируются через пористое твердое тело под воздействием некоторых движущих сил, например, градиента капиллярного давления или градиента влажности. Ясно, что твердые тела должны быть пористыми, чтобы быть проницаемыми, но из этого не обязательно следует, что все пористые тела проницаемы. Проницаемость может существовать только в том случае, если пустые пространства соединены между собой отверстиями. Например, твердая древесина может быть проницаемой, поскольку в мембранах имеются ямки между сосудами и отверстиями (Keey et al. , 2000). Если эти мембраны закупорены или покрыты коркой, или если ямки аспирированы, древесина приобретает структуру с закрытыми порами и может быть практически непроницаемой. Плотность также важна для непроницаемых лиственных пород, поскольку на единицу расстояния проходит больше материала клеточной стенки, что обеспечивает повышенное сопротивление диффузии (Keey et al. , 2000). Следовательно, более легкая древесина, как правило, сохнет быстрее, чем более тяжелая. Перенос жидкостей часто представляет собой объемный поток (передача импульса) для проницаемой древесины хвойных пород при высокой температуре, тогда как для непроницаемой древесины лиственных пород происходит диффузия (Siau, 1984). Эти механизмы обсуждаются ниже.

Движущие силы движения влаги

Тремя основными движущими силами, используемыми в различных версиях моделей диффузии, являются содержание влаги, парциальное давление водяного пара и химический потенциал воды (Skaar, 1988; Keey et al. , 2000). Здесь обсуждаются они, в том числе капиллярное действие, которое представляет собой механизм свободного транспорта воды в проницаемых хвойных породах. Общая разница давлений является движущей силой при вакуумной сушке древесины.

Капиллярное действие

Капиллярные силы определяют движение (или отсутствие движения) свободной воды. Это обусловлено как адгезией, так и когезией. Адгезия – это притяжение воды к другим веществам, а когезия – притяжение молекул воды друг к другу.

По мере высыхания древесины испарение воды с поверхности создает капиллярные силы, которые притягивают свободную воду в зонах древесины под поверхностью. Когда в древесине больше нет свободной воды, капиллярные силы перестают иметь значение.

Разница в содержании влаги

Здесь объясняется химический потенциал , поскольку он является истинной движущей силой переноса воды как в жидкой, так и в паровой фазе в древесине (Siau, 1984). Свободную энергию Гиббса, приходящуюся на моль вещества, обычно выражают как химический потенциал этого вещества (Скаар, 1933). Химический потенциал воды в ненасыщенном воздухе или древесине ниже точки насыщения волокна влияет на сушку древесины. Равновесие наступит при равновесной влажности (определенной ранее) древесины, когда химический потенциал воды в древесине станет равным потенциалу воды в окружающем воздухе. Химический потенциал сорбированной воды зависит от влажности древесины. Следовательно, градиент содержания влаги в древесине (между поверхностью и центром), или, точнее, активности воды , сопровождается градиентом химического потенциала в изотермических условиях. Влага будет перераспределяться по всей древесине до тех пор, пока ее химический потенциал не станет однородным, что приведет к нулевому градиенту потенциала в равновесии (Skaar, 1988). Предполагается, что поток влаги, пытающейся достичь равновесного состояния, пропорционален разнице ее химического потенциала и обратно пропорционален длине пути, на котором действует разность потенциалов (Key et al. , 2000).

Градиент химического потенциала связан с градиентом содержания влаги, как объяснено в приведенных выше уравнениях (Key et al. , 2000). Модель диффузии, использующая градиент содержания влаги в качестве движущей силы, была успешно применена Ву (1989) и Доу и др. (1994). Хотя согласие между профилями влажности, предсказанными диффузионной моделью, основанной на градиентах влажности, лучше при более низких значениях влажности, чем при более высоких, нет никаких доказательств того, что существуют существенно разные механизмы переноса влаги, действующие при более высокой влажности. содержание этой древесины. Их наблюдения согласуются с процессом переноса, который обусловлен общей концентрацией воды. Здесь используется диффузионная модель, основанная на эмпирических данных о том, что градиент содержания влаги является движущей силой сушки этого типа непроницаемой древесины.

Различия во содержании влаги между поверхностью и центром (градиент, разность химических потенциалов между границей раздела и объемом) перемещают связанную воду через небольшие проходы в клеточной стенке путем диффузии. По сравнению с капиллярным движением диффузия — медленный процесс. Диффузия является общепринятым механизмом сушки непроницаемых лиственных пород (Keey et al. , 2000). Кроме того, влага мигрирует медленно из-за того, что экстрактивные вещества закупоривают небольшие отверстия клеточных стенок сердцевины. Вот почему заболонь при одинаковых условиях сушки обычно сохнет быстрее, чем сердцевина.

Направления движения влаги при диффузии

Сообщается, что соотношение скоростей продольной и поперечной (радиальной и тангенциальной) диффузии древесины колеблется от примерно 100 при влажности 5% до 2–4 при влажности 25% (Langrish and Walker, 1993). ). Радиальная диффузия происходит несколько быстрее, чем тангенциальная. Хотя продольная диффузия протекает наиболее быстро, она имеет практическое значение только при сушке коротких кусков. Обычно деревянные доски намного длиннее, чем по ширине или толщине. Например, типичный размер зеленой доски, использованной в этом исследовании, составлял 6  м в длину, 250 мм в ширину и 43 мм в толщину. Если доски распилены на четверть, то ширина будет в радиальном направлении, тогда как толщина будет в тангенциальном направлении, и наоборот для досок, распиленных ровно. Большая часть влаги удаляется из древесины за счет бокового движения во время сушки.

Причины расколов и трещин при сушке древесины и борьба с ними

Основная трудность, возникающая при сушке древесины, состоит в склонности ее наружных слоев высыхать быстрее, чем внутренних. Если этим слоям дать высохнуть намного ниже точки насыщения волокна, в то время как внутренняя часть все еще насыщена, возникают напряжения (так называемые напряжения высыхания), поскольку усадка внешних слоев ограничивается влажной внутренней частью (Key et al. , 2000). . Происходит разрыв тканей древесины, и, как следствие, возникают расколы и трещины, если эти напряжения поперек волокон превышают прочность поперек волокон (связывание волокон с волокнами).

Успешный контроль дефектов сушки в процессе сушки заключается в поддержании баланса между скоростью испарения влаги с поверхности и скоростью движения влаги наружу из внутренней части древесины. Теперь будет объяснен способ, которым можно управлять сушкой. Одним из наиболее успешных способов сушки или придания приправы древесине является сушка в печи, при которой древесину кладут в камеру печи штабелями и сушат пропариванием с медленным выпуском пара.

Влияние температуры, относительной влажности и скорости циркуляции воздуха

Внешние условия сушки (температура, относительная влажность и скорость движения воздуха) контролируют внешние граничные условия сушки, а значит, и скорость сушки, а также влияют на скорость внутреннего движения влаги. На скорость сушки влияют внешние условия сушки (Walker et al. , 1993; Keey et al. , 2000), как будет описано ниже.

Температура

Если относительная влажность поддерживается постоянной, то чем выше температура, тем выше скорость высыхания. Температура влияет на скорость сушки, увеличивая влагоемкость воздуха, а также ускоряя скорость диффузии влаги через древесину.

Фактическая температура в сушильной печи — это температура по сухому термометру (обычно обозначаемая Tg), которая представляет собой температуру парогазовой смеси, определяемую путем помещения термометра с сухим термометром. С другой стороны, температура по влажному термометру (TW) определяется как температура, достигаемая при испарении небольшого количества жидкости в большом количестве ненасыщенной паровоздушной смеси. Чувствительный элемент температуры этого термометра поддерживается во влажном состоянии с помощью рукава из пористой ткани (ткани), который обычно помещают в резервуар с чистой водой. Минимальный поток воздуха 2 м/с необходим для предотвращения образования зоны застойного влажного воздуха вокруг рукава (Walker et al. , 1993). Поскольку воздух проходит через мокрый рукав, вода испаряется и охлаждает мокрый термометр. Разница между температурами по сухому и влажному термометру, депрессия по влажному термометру, используется для определения относительной влажности по стандартной гигрометрической диаграмме (Walker et al. , 1993). Более высокая разница между температурами по сухому и влажному термометру указывает на более низкую относительную влажность. Например, если температура по сухому термометру равна 100 °C, а температура по влажному термометру 60 °C, то по гигрометрической диаграмме относительная влажность будет равна 17%.

Относительная влажность

Относительная влажность воздуха определяется как парциальное давление водяного пара, разделенное на давление насыщенного пара при той же температуре и общем давлении (Сиау, 1984). Если температура поддерживается постоянной, более низкая относительная влажность приводит к более высокой скорости сушки из-за увеличения градиента влажности в древесине в результате уменьшения содержания влаги в поверхностных слоях при уменьшении относительной влажности воздуха. Относительная влажность обычно выражается в процентах. Для сушки другим важным параметром, связанным с относительной влажностью, является абсолютная влажность, которая представляет собой массу водяного пара на единицу массы сухого воздуха (кг воды на кг сухого воздуха). Однако на это влияет количество воды в нагретом воздухе.

Скорость циркуляции воздуха

Время сушки и качество древесины зависят от скорости воздуха и его равномерной циркуляции. При постоянной температуре и относительной влажности максимально возможная скорость сушки достигается за счет быстрой циркуляции воздуха по поверхности древесины, что обеспечивает быстрое удаление испаряющейся из древесины влаги. Однако более высокая скорость сушки не всегда желательна, особенно для непроницаемой древесины твердых пород, поскольку более высокие скорости сушки вызывают большие напряжения, которые могут привести к растрескиванию или деформации древесины. При очень низких скоростях вентилятора, менее 1 м/с, поток воздуха через штабель часто является ламинарным, и передача тепла между поверхностью древесины и движущимся потоком воздуха не особенно эффективна (Walker et al. , 1993). Низкая эффективность (внешней) теплопередачи не обязательно является проблемой, если внутреннее движение влаги является ключевым ограничением движения влаги, как это происходит для большинства лиственных пород (Пордедж и Лэнгриш, 1999).

Классификация пиломатериалов для сушки

В зависимости от легкости сушки и склонности к разрушению при высыхании древесина классифицируется следующим образом:

Очень огнеупорная древесина

Эта древесина медленно и трудно сохнет, чтобы конечный продукт не имел дефектов, особенно трещин и расколов. Примерами являются тяжелые конструкционные породы древесины с высокой плотностью, такие как железная кора ( Eucalyptus метельчатая ), черный приклад ( E. pilularis ), южная синяя камедь ( E. globulus ) и кустарниковая коробочка ( Lophostemon cofertus ). Для достижения наилучших результатов они требуют значительной защиты и ухода от условий быстрого высыхания (Bootle, 1994).

Умеренно огнеупорная древесина

Эта древесина имеет умеренную склонность к растрескиванию и раскалыванию во время выдержки. Их можно выдерживать без дефектов в условиях умеренно быстрой сушки (т. е. можно использовать максимальную температуру по сухому термометру 85 °C). Примерами являются сиднейская голубая камедь ( E. saligna ) и другие породы древесины средней плотности (Bootle, 1994), которые потенциально пригодны для изготовления мебели.

Неогнеупорная древесина

Эту древесину можно быстро высушить, чтобы избавиться от дефектов, даже путем применения высоких температур (температура по сухому термометру более 100 °C) в промышленных печах. Если их не высушить быстро, на их поверхности может появиться обесцвечивание (синее пятно) и плесень. Примерами являются хвойные породы и древесина низкой плотности, такая как Pinus radiata .

Модель

Скорость высыхания древесины зависит от ряда факторов, наиболее важными из которых являются температура, размеры древесины и относительная влажность. Симпсон и Черниц ^[2] разработали простую модель сушки древесины как функцию этих трех переменных. Хотя анализ проводился для красного дуба, процедуру можно применить к любой породе древесины, корректируя постоянные параметры модели.

Проще говоря, модель предполагает, что скорость изменения содержания влаги M по отношению ко времени t пропорциональна тому, насколько образец древесины находится от равновесного содержания влаги , которое является функцией температуры T и относительной влажности h : ${\displaystyle M_{e}}$

${\displaystyle {\frac {dM}{dt}}=-{\frac {M-M_{e}}{\tau }}}$

где является функцией температуры T и типичного размера древесины L и имеет единицы времени. Типичный размер древесины представляет собой примерно наименьшее значение ( ), которое представляет собой радиальный, тангенциальный и продольный размеры соответственно в дюймах, при этом продольный размер делится на десять, поскольку вода диффундирует примерно в 10 раз быстрее в продольном направлении (вдоль волокон). чем в боковых размерах. Решение приведенного выше уравнения: ${\displaystyle \tau }$ ${\displaystyle L_{r},\,L_{t},\,L_{L}/10}$

${\displaystyle {\frac {M-M_{e}}{M_{0}-M_{e}}}=e^{-{\frac {t}{\tau }}}}$

Где находится начальная влажность. Было обнаружено, что для пиломатериалов из красного дуба «постоянная времени» хорошо выражается как: ${\displaystyle M_{0}}$ ${\displaystyle \tau }$

${\displaystyle \tau ={\frac {L^{n}}{a+bp_{\text{sat}}(T)}}}$

где a , b и n — константы, а — давление насыщенного пара воды при температуре T. Для времени, измеряемого в днях, длины в дюймах и измеренного в мм рт.ст., для пиломатериалов из красного дуба найдены следующие значения констант. ${\displaystyle p_{\text{sat}}(T)}$ ${\displaystyle p_{\text{sat}}}$

а = 0,0575

б = 0,00142

п = 1,52

Решение для времени высыхания дает:

${\displaystyle t=-\tau \,\ln \left({\frac {M-M_{e}}{M_{0}-M_{e}}}\right)={\frac {-L^{n}}{a+bp_{\text{sat}}(T)}}\,\ln \left({\frac {M-M_{e}}{M_{0}-M_{e}}}\right)}$

Например, при температуре 150  ° F, используя уравнение Ардена Бака , давление насыщенного пара воды составляет около 192 мм рт. ст. (25,6 кПа). Постоянная времени сушки доски из красного дуба толщиной 1 дюйм (25 мм) при температуре 150  °F составляет дни, что представляет собой время, необходимое для снижения содержания влаги до 1/e = 37% от ее начального отклонения от равновесия. Если относительная влажность равна 0,50, то по уравнению Хейлвуда-Хорробина содержание влаги в древесине в равновесном состоянии составляет около 7,4%. Время снижения влажности пиломатериалов с влажности 85% до влажности 25% составляет около 4,5 дней. Более высокие температуры увеличат время высыхания, но они также создадут большие напряжения в древесине из-за того, что градиент влажности будет больше. Для дров это не проблема, но при деревообработке высокие нагрузки приведут к растрескиванию древесины и ее непригодности для использования. Обычное время сушки для получения минимальных трещин (трещин) в древесине красного дуба толщиной 25 мм (1 дюйм или 4/4) составляет от 22 до 30 дней, а в древесине 8/4 (50 мм или 2 дюйма) — от 65 дней. до 90 дней. ${\displaystyle \tau =3.03}$    

Способы сушки древесины

В целом существует два метода сушки древесины:

• естественная сушка или сушка на воздухе
• искусственная сушка

Сушка на воздухе

Сушка на воздухе – это сушка древесины на воздухе. Технология воздушной сушки заключается главным образом в укладке пиломатериалов (слои досок, разделенных наклейками) на возвышении, в чистом, прохладном, сухом и затененном месте. Скорость высыхания во многом зависит от климатических условий, а также от движения воздуха (воздействия ветра). Для успешной сушки на воздухе необходимо обеспечить непрерывный и равномерный поток воздуха по всей стопке древесины (Деш и Динвуди, 1996).

Скорость потери влаги можно контролировать, покрывая доски любым веществом, относительно непроницаемым для влаги; обычное минеральное масло обычно весьма эффективно. Покрытие торцов бревен маслом или густой краской улучшает их качество при высыхании. Обертывание досок или бревен материалом, который допускает некоторое движение влаги, обычно работает очень хорошо, если древесину предварительно обработать от грибковой инфекции путем нанесения бензина/бензина или масла. Минеральное масло обычно не впитывается более чем на 1–2 мм под поверхность и легко удаляется строганием, когда древесина достаточно сухая.

• Преимущества: использование этого метода сушки может оказаться менее затратным (по-прежнему существуют затраты, связанные с хранением древесины и более медленным процессом доставки древесины на рынок), а сушка на воздухе часто дает более качественную и более легко поддающуюся обработке древесину, чем с камерной сушкой.
• Недостатки: в зависимости от климата сушка древесины на воздухе занимает от нескольких месяцев до нескольких лет.

Сушка в печи

Большая печь для сушки древесины, используемая для клена.

Процесс искусственной или «печной» сушки состоит в основном из нагревания. Этого можно добиться напрямую, используя природный газ и/или электричество, или косвенно, с помощью теплообменников с паровым нагревом. Солнечная энергия также является вариантом. При этом целенаправленный контроль температуры, относительной влажности и циркуляции воздуха создает переменные условия для достижения конкретных профилей сушки. Для этого древесину укладывают в камеры, оснащенные оборудованием для контроля температуры воздуха, относительной влажности и скорости циркуляции (Walker et al., 1993; Desch and Dinwoodie, 1996).

Камерная сушка позволяет преодолеть ограничения, налагаемые нестабильными погодными условиями. При камерной сушке, как и при воздушной сушке, в качестве сушильной среды используют ненасыщенный воздух. Почти все деловые пиломатериалы мира сушатся в промышленных печах. Ниже приведено сравнение сушки на воздухе, в обычной печи и на солнечной энергии:

1. Древесину можно высушить до любого желаемого низкого содержания влаги с помощью обычной сушки или сушки в солнечной печи, но при сушке на воздухе в большинстве мест трудно достичь содержания влаги менее 18%.
2. Время сушки при обычной сушке в печи значительно меньше, чем при сушке в солнечной печи с последующей сушкой на воздухе.
   • Это означает, что, если речь идет о капитальных затратах, этот капитал сохраняется в течение более длительного времени при использовании воздушной сушки. С другой стороны, установка, эксплуатация и обслуживание промышленной печи обходятся дорого.
   • Кроме того, древесина, подвергающаяся сушке на воздухе, занимает много места, что также может стоить денег.
3. При воздушной сушке условия сушки практически не контролируются, поэтому невозможно контролировать скорость сушки.
4. Температуры, используемые при сушке в печи, обычно убивают все грибы и насекомые в древесине, если для режима сушки используется максимальная температура по сухому термометру выше 60 °C. Это не гарантируется при сушке на воздухе.
5. Если сушка на воздухе производится неправильно (под воздействием солнца), скорость сушки может быть слишком быстрой в засушливые летние месяцы, вызывая растрескивание и растрескивание, и слишком медленной в холодные зимние месяцы.

Значительные преимущества традиционной камерной сушки включают более высокую производительность и лучший контроль конечного содержания влаги. Обычные печи и солнечная сушка позволяют сушить древесину до любого содержания влаги независимо от погодных условий. Для большинства крупномасштабных операций сушки солнечная и традиционная сушка в печи более эффективны, чем сушка на воздухе.

Печи отсекового типа чаще всего используются на лесозаготовительных предприятиях. Отсекальная печь заполняется статической партией древесины, через которую циркулирует воздух. В таких печах древесина остается неподвижной. Условия сушки последовательно варьируются в зависимости от вида сушаемой древесины. Этот метод сушки хорошо подходит для нужд лесозаготовительных предприятий, которым приходится сушить древесину различных пород и толщины, в том числе огнеупорные лиственные породы, которые более других пород подвержены проверке и раскалыванию.

Основными элементами камерной сушки являются:

Строительные материалы

Камеры обычно строят из кирпичной кладки или пустотелых цементобетонных плит. Листовой металл или сборный алюминий в конструкции с двойными стенками и многослойной теплоизоляцией, такой как стекловата или пенополиуретан, являются материалами, которые также используются в некоторых современных дровяных печах. Однако камеры из кирпичной кладки, покрытые известью и (растворной) штукатуркой внутри и окрашенные непроницаемыми покрытиями, широко используются и признаны удовлетворительными для многих применений.

Обогрев

Отопление обычно осуществляется паровыми теплообменниками и трубами различной конфигурации (например, гладкими или оребренными (поперечными или продольными) трубами) или большими дымоходными трубами, по которым пропускают горячие газы из дровяной печи. Лишь изредка для отопления используется электричество или газ.

Увлажнение

Увлажнение обычно достигается путем подачи острого пара в печь через трубу распыления пара. Чтобы ограничить и контролировать влажность воздуха при быстром испарении большого количества влаги из древесины, во всех типах печей обычно предусматривается вентиляция камеры.

Циркуляция воздуха

Циркуляция воздуха — это средство переноса тепла ко всем частям груза и отвода влаги от него. Наиболее распространены печи с принудительной циркуляцией, в которых воздух циркулирует с помощью вентиляторов или воздуходувок, которые могут быть установлены снаружи камеры печи (печь с внешним вентилятором) или внутри нее (печь с внутренним вентилятором).

На протяжении всего процесса необходимо тщательно контролировать содержание влаги с помощью системы измерения влажности, чтобы уменьшить пересушивание и позволить операторам знать, когда следует извлечь загрузку. Предпочтительно, чтобы этот внутрипечной влагомер имел функцию автоматического отключения.

График сушки в печи

Удовлетворительной сушки в печи обычно можно добиться, регулируя температуру и влажность циркулирующего воздуха, чтобы контролировать содержание влаги в пиломатериалах в любой момент времени. Это условие достигается применением режимов камерной сушки. Желаемая цель соответствующего графика – обеспечить сушку пиломатериалов с максимально возможной скоростью, не вызывая нежелательной порчи. Следующие факторы оказывают существенное влияние на графики.

Виды

Различия в анатомических, физических и механических свойствах разных видов влияют на время сушки и общие результаты.

Толщина пиломатериала

Время сушки обратно пропорционально толщине и, в некоторой степени, ширине пиломатериала.

Являются ли доски пиломатериалами четвертьраспиленными, плоскораспиленными или полураспиленными (смешанной распиловки)

Схема распила влияет на искажение из-за анизотропии усадки.

Допустимое ухудшение качества при высыхании

Агрессивные режимы сушки могут привести к растрескиванию и деформации древесины.

Целевое использование древесины

Механические и эстетические требования потребуют различных показателей влажности в зависимости от предполагаемого использования.

Учитывая каждый из факторов, ни один график не является обязательным, даже для аналогичных нагрузок одного и того же вида. Вот почему так много исследований по сушке древесины сосредоточено на разработке эффективных графиков сушки.

Осушающая печь

Камера осушения может представлять собой невентилируемую систему (замкнутый контур) или частично вентилируемую систему, в которой используется тепловой насос для конденсации влаги из воздуха с использованием холодной стороны процесса охлаждения (испаритель). Собранное таким образом тепло передается на горячую сторону. процесса охлаждения (конденсатор) для повторного нагрева воздуха и возврата этого более сухого и теплого воздуха внутрь печи. Вентиляторы продувают воздух через сваи, как в обычной печи. Эти печи традиционно работают при температуре от 100 до 160 °F и потребляют примерно половину энергии, чем обычная печь. ^[3]

Вакуумная печь

Эти печи могут быть самыми быстрыми для сушки и наиболее эффективными с точки зрения энергопотребления. В вакууме вода кипит при более низкой температуре. Помимо увеличения скорости, вакуумная печь также позволяет улучшить качество древесины.

Низкое давление окружающей среды снижает температуру кипения воды, но количество энергии, необходимое для превращения жидкости в пар, остается тем же. Экономия достигается за счет отсутствия необходимости обогрева огромного здания и отвода тепла при одновременном снижении влажности.

Поскольку вся свободная вода может быть удалена при температуре ниже 115 °F, качество улучшается.

В то время как при обычной сушке используется теплый сухой воздух для удаления воды с поверхности, в вакуумных печах вода может кипеть изнутри древесины. Это позволяет хорошей вакуумной печи очень быстро сушить очень толстую древесину. Свежий красный дуб 12/4 можно высушить после распиловки до 7% за 11 дней.

Поскольку древесина сушится с градиентом пара (от давления пара до давления окружающей среды), влажность можно поддерживать на очень высоком уровне. По этой причине хорошая вакуумная печь может высушить свежий белый дуб толщиной 4,5 дюйма с пилы до 8% менее чем за месяц, что раньше считалось невозможным.

Солнечная печь

Солнечная печь представляет собой нечто среднее между сушкой в ​​печи и сушкой на воздухе. Эти печи обычно представляют собой теплицу с высокотемпературным вентилятором и вентиляционными отверстиями или конденсационной системой. Солнечные печи работают медленнее и нестабильнее из-за погоды, но имеют низкую стоимость. ^[3]

Водная приправа

Погружение в проточную воду быстро удаляет сок, а затем древесину сушат на воздухе. «...он снижает эластичность и долговечность древесины, а также делает ее хрупкой». ^[4] Но существуют и конкурирующие точки зрения, например: «Дюамель, который провел много экспериментов по этому важному вопросу, утверждает, что древесину, используемую столярами, лучше всего помещать на некоторое время в воду, а затем сушить; так как это делает древесину менее склонен к короблению и растрескиванию при высыхании; но, добавляет он, «там, где требуется прочность, его не следует помещать в воду»» ^{[5] .}

Приправа для варки или пара

Погружение в кипящую воду или применение пара ускоряет высыхание древесины. Говорят, что этот метод вызывает меньшую усадку, «… но он дорог в использовании и снижает прочность и эластичность древесины». ^[6]

Химическая или солевая приправа

Солевая приправа — это погружение древесины в раствор мочевины и нитрата натрия, которые действуют как обезвоживающие агенты. Затем древесину сушат на воздухе. ^[7]

Электрическая приправа

Электрическая приправа включает в себя пропускание электрического тока через древесину, вызывающее выделение тепла и сушку древесины. Этот метод дорогой, но быстрый и однородный. ^[7]

Сублимационной сушки

Сублимационная сушка осуществляется путем снижения давления в камере, содержащей древесину, до нескольких миллибар, при этом температура камеры снижается до уровня ниже эвтектической точки материала. Тепло обычно медленно подводится к материалу, чтобы позволить воде, содержащейся в древесине, сублимироваться непосредственно в пар и откладываться на стенках вакуумной камеры или в холодной ловушке, через которую вакуумируется камера. Сублимационная сушка посредством сублимации обычно требует примерно в 10 раз больше энергии, чем затрачивается на испарение воды при нагревании. На практике сублимационная сушка древесины может быть осуществлена ​​путем помещения древесины комнатной температуры в вакуумную камеру, которая может быть охлаждена до -30 градусов C или ниже, вакуумирования камеры до нескольких миллибар и одновременного охлаждения камеры до точки замерзания. температура. Скрытое тепло льда в древесине выйдет наружу через водяной пар, который конденсируется в виде льда внутри камеры. Через несколько часов в условиях вакуума и замораживания камеру возвращают к нормальному давлению, древесину вынимают и упаковывают в пластик, чтобы на ней не конденсировалась вода, и дают возможность вернуться к комнатной температуре в течение от нескольких часов до суток. Затем цикл повторяется, каждый раз скрытое тепло в древесине удаляется за счет сублимации и/или испарения и конденсации воды в древесине на стенках контейнера и в холодной ловушке. Циклы повторяются до тех пор, пока влажность древесины не достигнет заранее определенного приемлемого уровня. Вместо того, чтобы перерабатывать древесину в камере, к древесине можно подавать тепло со скоростью, соответствующей скорости сублимации льда в древесине в водяной пар, который откладывается внутри камеры или в холодной ловушке. Преимущество сублимационной сушки древесины заключается в том, что форма древесины сохраняется и усадка обычно не происходит. Со временем после сублимационной сушки древесины произойдет усадка, но обычно это не приводит к дефектам древесины.

Дефекты сушки

Дефекты при сушке являются наиболее распространенной формой разрушения древесины, наряду с такими естественными проблемами, как сучки (Desch and Dinwoodie, 1996). Существует два типа дефектов сушки, хотя некоторые дефекты связаны с обеими причинами:

1. Дефекты, вызванные анизотропией усадки, приводящие к короблению: коробление, изгиб, скручивание, искривление, пружинение и ромбовидная обработка.
2. Дефекты, возникающие в результате неравномерной сушки, приводящие к разрыву древесной ткани, такие как трещины (поверхностные, торцевые и внутренние), расколы торцов, сотовидность и цементация. Также может произойти разрушение, часто проявляющееся в виде гофрирования или так называемой «стиральной доски » на поверхности древесины (Innes, 1996). Схлопывание — это дефект, возникающий в результате физического сплющивания волокон до точки, превышающей точку насыщения волокон, и, таким образом, не является формой анизотропии усадки.

Организации по стандартизации в Австралии и Новой Зеландии (AS/NZS 4787, 2001 г.) разработали стандарт качества древесины. Пять показателей качества сушки включают в себя:

1. градиент влажности и наличие остаточных напряжений при высыхании (цементация);
2. поверхностные, внутренние и торцевые проверки;
3. крах;
4. искажения;
5. изменение цвета вследствие высыхания.

Камера для сушки древесины

Сегодня существует множество технологий сушки древесины: обычные, осушающие, солнечные, вакуумные и радиочастотные.

Обычные печи для сушки древесины (Rasmussen, 1988) имеют конструкцию либо пакетного типа (с боковой загрузкой), либо гусеничного типа (трамвай). Большинство камер для обжига пиломатериалов твердых пород представляют собой печи с боковой загрузкой, в которых для загрузки пакетов пиломатериалов в печь используются вилочные тележки. Большинство печей для обработки пиломатериалов хвойных пород являются гусеничными, в которых пакеты пиломатериалов загружаются в печи/гусеничные тележки для загрузки печи.

Современные обычные печи с высокой температурой и высокой скоростью движения воздуха обычно могут сушить сырые пиломатериалы толщиной 1 дюйм (25 мм) за 10 часов до влажности 18%. Однако зеленому красному дубу толщиной 1 дюйм требуется около 28 дней, чтобы высохнуть до влажности 8%.

Тепло обычно подается через пар, проходящий через пластинчато-трубные теплообменники, управляемые двухпозиционными пневматическими клапанами. Реже встречаются пропорциональные пневматические клапаны или даже различные электрические приводы. Влажность удаляется через систему вентиляционных отверстий, расположение которых обычно зависит от конкретного производителя. Обычно холодный сухой воздух подается с одного конца печи, а теплый влажный воздух выбрасывается с другого. Обычные печи для обработки древесины твердых пород также требуют подачи влаги с помощью систем распыления пара или холодной воды, чтобы относительная влажность внутри печи не падала слишком низко во время цикла сушки. Направления вентиляторов обычно периодически меняются, чтобы обеспечить равномерную сушку более крупных загрузок печи.

Большинство печей для обжига пиломатериалов хвойных пород работают при температуре ниже 115 ° C (239 ° F). Графики сушки пиломатериалов лиственных пород в печи обычно поддерживают температуру по сухому термометру ниже 80 ° C (176 ° F). Для видов, которые трудно сушить, температура не должна превышать 60 °C (140 °F).

Печи для осушения по базовой конструкции очень похожи на обычные печи. Время высыхания обычно сопоставимо. Тепло в основном подается встроенным блоком осушения, который также служит для удаления влаги. Вспомогательное тепло часто предоставляется на ранних этапах графика, когда требуемое тепло может превышать количество тепла, вырабатываемого установкой ЦТ.

Солнечные печи — это обычные печи, которые обычно строятся любителями, чтобы снизить первоначальные инвестиционные затраты. Тепло обеспечивается за счет солнечного излучения, тогда как внутренняя циркуляция воздуха обычно пассивна.

В 1949 году чикагская компания представила печь для сушки древесины, в которой использовались инфракрасные лампы, которые, по их утверждению, сократили стандартное время сушки с 14 дней до 45 минут. ^[8]

Новые технологии сушки древесины включают использование пониженного атмосферного давления, чтобы ускорить процесс сушки. Существует множество вакуумных технологий, различающихся в первую очередь методом подачи тепла в древесную шихту. В вакуумных печах с плитой с горячей водой используются алюминиевые нагревательные пластины с циркулирующей внутри водой в качестве источника тепла, и они обычно работают при значительно пониженном абсолютном давлении. Прерывистый режим и SSV (перегретый пар) используют атмосферу для подачи тепла в загрузку печи. Прерывистая технология позволяет всей загрузке печи достичь полного атмосферного давления, затем воздух в камере нагревается и, наконец, создается вакуум. SSV работает при частичном атмосферном давлении (обычно около 1/3 полного атмосферного давления) в гибриде вакуумной и традиционной технологии обжига (печи SSV значительно более популярны в Европе, где древесину, заготовленную на месте, легче сушить по сравнению с породами, встречающимися в Северной Америке) . RF/V (радиочастотные + вакуумные) печи используют микроволновое излучение для нагрева загрузки печи и обычно имеют самые высокие эксплуатационные расходы из-за того, что тепло испарения обеспечивается электричеством, а не местными источниками ископаемого топлива или древесных отходов.

Достоверные экономические исследования различных технологий сушки древесины основаны на общих затратах на энергию, капитал, страхование/риск, воздействие на окружающую среду, рабочую силу, техническое обслуживание и ухудшение качества продукции для задачи удаления воды из древесного волокна. Эти затраты (которые могут составлять значительную часть всех затрат завода) включают различное влияние наличия сушильного оборудования на конкретном заводе. Примером этого является то, что каждая единица оборудования (на заводе по производству пиломатериалов) от зеленого триммера до системы подачи на строгальном стане представляет собой «систему сушки». Поскольку по всему миру существуют тысячи различных типов предприятий по производству изделий из древесины, которые могут быть интегрированными (пиломатериалы, фанера, бумага и т. д.) или автономными (только пиломатериалы), истинную стоимость системы сушки можно определить только при сравнении общие затраты и риски завода с сушкой и без нее.

Общие (вредные) выбросы в воздух, производимые дровяными печами, включая их источники тепла, могут быть значительными. Как правило, чем выше температура, при которой работает печь, тем большее количество выбросов образуется (на фунт удаленной воды). Особенно это актуально при сушке тонкого шпона и высокотемпературной сушке древесины хвойных пород.

Стандарты OSHA в отношении сухих печей

1910.265(f)(3)(i)(a): Главные дверцы печи должны быть оборудованы устройством, позволяющим удерживать их открытыми во время загрузки печи.

1910.265(f)(3)(i)(b): Противовесы на дверях вертикального лифта должны быть закрыты коробами или ограждены иным образом.

1910.265(f)(3)(i)(c): Должны быть предусмотрены соответствующие средства для надежной фиксации главных дверей, когда они отсоединены от держателей и подвесок, во избежание опрокидывания.

1910.265(f)(3)(ii)(a): Если рабочие процедуры требуют доступа к печам, печи должны быть оборудованы аварийными дверями, которые легко открываются изнутри, открываются в направлении выхода и расположены внутри или рядом с печью. главная дверь в конце коридора.

1910.265(f)(3)(ii)(b): Двери аварийного выхода должны иметь достаточную высоту и ширину, чтобы вместить человека среднего роста.

1910.265(f)(4): Ямы . Ямы должны хорошо вентилироваться, осушаться и освещаться, а также быть достаточно большими, чтобы безопасно разместить оператора печи вместе с такими рабочими устройствами, как клапаны, заслонки, заслонки и ловушки. ^[9]

Смотрите также

• Встряхивает (дерево)

Рекомендации

1. Миня, Василе (6 августа 2018 г.). Промышленная сушка древесины с помощью теплового насоса. ЦРК Пресс. п. 25. ISBN 978-0-429-87406-2.
2. Симпсон, Уильям; Джон Черниц (1979). «Важность изменения толщины при камерной сушке пиломатериалов из красного дуба» (PDF) . Корваллис, Орегон: Западные клубы сухих печей . Проверено 15 ноября 2008 г. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
3. Несколько авторов. Тонкая обработка древесины по дереву и как его сушить: 41 статья . Ньютаун, Коннектикут: Taunton Press, 1986. 86–89. Распечатать.
4. Райли, JW. Руководство по столярному делу и столярному делу . Лондон: Macmillan and Co., Limited;, 1905. 8. Печать.
5. «451. Приправа для воды». www.chessofbooks.com .
6. Смит, Перси Гиллемар Ллевеллин. Заметки о строительстве зданий . Лондон: Лонгманс, Грин и компания, 1891. 390.Печать.
7. Пунмиа, Британская Колумбия, Ашок Кумар Джайн и Арун Кумар Джайн. Базовое гражданское строительство: для курсов BE/B.Tech первого года обучения в различных университетах, включая MDU и KU ., Харьяна. Нью-Дели: Публикации Лакшми, 2003. 85. Печать.
8. «Инфракрасная печь сушит древесину», « Популярная механика» , июль 1949 г.
9. "1910.265 - Лесопильные заводы. | Управление по охране труда" . www.osha.gov . Проверено 07.11.2019 .

дальнейшее чтение

• АБАРЕ (2000). Национальная инвентаризация плантаций, март 2000 г., 4 стр.
• Анон. (1997). Рынки древесины дома и за ее пределами: австралийские производители извлекают выгоду из международного спроса. Pie, Информационный бюллетень австралийских международных и национальных научно-исследовательских организаций первичной промышленности и энергетики (PIE). Том 7 (летний выпуск): стр. 14.
• Аврамидис и др. (2023). Основы сушки древесины. ссылка: [1] В: Справочник Springer по науке и технологии древесины.
• Бутл, КР (1994). Древесина в Австралии: виды, свойства и использование. Книжная компания McGraw-Hill, Сидней. 443с.
• Деш, Х.Э. и Динвуди, Дж.М. (1996). Древесина: структура, свойства, преобразование и использование. 7-е изд. Macmillan Press Ltd., Лондон. 306с.
• Доу, П.Д., Оливер, А.Р. и Букер, Дж.Д. (1994). Модель нелинейной деформации и содержания влаги для переменных графиков сушки древесины твердых пород. Учеб. 4-я Международная конференция IUFRO по сушке древесины, Роторуа, Новая Зеландия. 203-210с.
• Хак, Миннесота (1997). Химическая модификация древесины уксусным ангидридом. Магистерская диссертация. Университет Уэльса, Бангор, Великобритания. 99с.
• Ходли, Р. Брюс (2000). Понимание древесины: Руководство мастера по технологии обработки древесины (2-е изд.). Тонтон Пресс . ISBN 1-56158-358-8.
• Иннес, Т. (1996). Улучшение качества выдержанной древесины лиственных пород с особым учетом разрушения. Кандидатская диссертация. Университет Тасмании, Австралия. 172с.
• Ки, Р.Б., Лэнгриш, TAG и Уокер, JCF (2000). Сушка пиломатериалов в печи. Шпрингер, Берлин. 326 стр.
• Коллманн, FFP и Кот, WAJ (1968). Принципы науки и технологии древесины. I. Массив дерева. Спрингер-Верлаг, Нью-Йорк. 592с.
• Кумар, С. (1994). Химическая модификация древесины. Наука о древесине и волокне, 26(2):270-280.
• Лэнгриш, TAG и Уокер, JCF (1993). Транспортные процессы в древесине. В: Уокер, JCF Primary Wood Processing. Чепмен и Холл, Лондон. стр. 121–152.
• Паншин А.Дж. и де Зеув К. (1970). Учебник технологии древесины. Том 1, третье издание. МакГроу-Хилл, Нью-Йорк, 705 стр.
• Пордедж, Эл.Дж. и Лэнгриш, TAG (1999). Моделирование влияния скорости воздуха при сушке древесины лиственных пород. Технология сушки - Международный журнал, 17 (1 и 2): 237-256.
• Расмуссен, Э.Ф. (1988). Лаборатория лесных товаров Министерства сельского хозяйства США. (ред.). Руководство по эксплуатации сушильной камеры . Совет по исследованию лиственных пород.
• Роуэлл, Р.М. (1983). Химическая модификация древесины. Резюме лесной продукции, 6(12):363-382.
• Роуэлл, Р.М. (1991). Химическая модификация древесины. В: Хон, DN-S и Шираиси, Н. (ред.), Химия древесины и целлюлозы. стр. 703–756. Марсель Деккер, Инк., Нью-Йорк.
• Сиау, Дж. Ф. (1984). Транспортные процессы в древесине. Спрингер-Верлаг, Нью-Йорк. 245 стр.
• Сьостром, Э. (1993). Химия древесины: основы и приложения. Academic Press Limited, Лондон. 293с.
• Скаар, К. (1988). Вуд-Водные отношения. Спрингер-Верлаг, Нью-Йорк. 283с.
• Стамм, AJ (1964). Наука о древесине и целлюлозе. Рональд Пресс, Нью-Йорк. 509с.
• Стандартная Австралия (2000). Древесина – Классификация по группам прочности. Стандарт Австралии и Новой Зеландии (AS/NZS) 2878. Сидней. 36р.
• Стандартная Австралия (2001). Древесина - Оценка качества сушки. Стандарт Австралии и Новой Зеландии (AS/NZS) 4787. Сидней. 24р.
• Струмилло К. и Кудра Т. (1986). Сушка: принципы, применение и конструкция. Издательство Gordon and Breach Science, Нью-Йорк. 448 стр.
• Уокер, Дж.К.Ф., Баттерфилд, Б.Г., Лэнгриш, ТАГ, Харрис, Дж.М. и Апричард, Дж.М. (1993). Первичная обработка древесины. Чепмен и Холл, Лондон. 595р.
• Уайз, Л.Е. и Ян, ЕС (1952). Химия древесины. Том 2. Reinhold Publishing Corp., Нью-Йорк. 1343р.
• Ву, К. (1989). Исследование некоторых проблем сушки древесины эвкалипта Тасмании. Маг.инж. наук. Диссертация, Университет Тасмании. 237с.

Внешние ссылки

• Журнал «Технология сушки»
• Буа, Пол Дж. «Обработка, сушка и хранение тяжелых дубовых пиломатериалов», Технический бюллетень № 8 Лаборатории лесных товаров США, 1978 г.