Сушка древесины

Также известно как выдержка, которая заключается в снижении содержания влаги в древесине перед ее использованием.

Штабель пиломатериалов воздушной сушки

Сушка древесины (также выдержка пиломатериалов или выдержка 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 воздушная сушка является более традиционным методом.

Существуют две основные причины сушки древесины:

Деревообработка

Когда древесина используется в качестве строительного материала, будь то структурная опора в здании или в деревообрабатывающих объектах, она будет поглощать или выделять влагу до тех пор, пока не достигнет равновесия с окружающей средой. Уравновешивание (обычно сушка) вызывает неравномерную усадку древесины и может повредить древесину, если уравновешивание происходит слишком быстро. Уравновешивание должно контролироваться, чтобы предотвратить повреждение древесины. ^{[ необходима цитата ]}

Сжигание древесины

Когда сжигается древесина ( дрова ), обычно лучше всего сначала ее высушить. Повреждения от усадки здесь не являются проблемой, как это может быть в случае сушки для деревообработки. Влага влияет на процесс горения, при этом несгоревшие углеводороды поднимаются в дымоход. Если 50% влажное полено сжигается при высокой температуре, с хорошим извлечением тепла из выхлопных газов, что приводит к температуре выхлопных газов 100 °C , около 5% энергии полена теряется из-за испарения и нагрева водяного пара. С конденсаторами эффективность может быть еще больше увеличена; но для обычной печи ключ к сжиганию влажной древесины заключается в том, чтобы сжигать ее очень жарко, возможно, разжигая огонь сухими дровами. ^{[ требуется цитата ]}

Сушка небольших поленьев 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 внутри помещения, как в случае деревянной мебели.

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

Закалка древесины описывает пиломатериалы или древесину, которые были высушены слишком быстро. Древесина изначально высыхает с оболочки (поверхности), усаживая оболочку и подвергая сердцевину сжатию. Когда эта оболочка имеет низкое содержание влаги, она «затвердеет» и будет сопротивляться усадке. Сердцевина древесины все еще имеет более высокое содержание влаги. Затем эта сердцевина начнет высыхать и сжиматься. Однако любой усадке сопротивляется уже «затвердевшая» оболочка. Это приводит к обратным напряжениям: напряжениям сжатия на оболочке и напряжениям растяжения в сердцевине. Это приводит к не снятому напряжению, называемому закалкой древесины. Закаленная [древесина] может значительно и опасно деформироваться, когда напряжение снимается распиловкой .

Виды древесины

Древесина делится, в соответствии с ее ботаническим происхождением, на два вида: хвойные породы деревьев, и лиственные породы деревьев, широколиственные породы деревьев. Мягкие породы деревьев легче и, как правило, имеют простую структуру, тогда как лиственные породы деревьев тверже и сложнее. Однако в Австралии хвойные породы деревьев обычно описывают деревья дождевых лесов, а лиственные породы деревьев — виды Sclerophyll ( Eucalyptus spp ).

Мягкие породы дерева, такие как сосна, обычно намного легче и их легче обрабатывать, чем твердые породы дерева, такие как древесина фруктовых деревьев. Плотность мягких пород дерева варьируется от350 кг/м ³ до700 кг/м ³ , тогда как твердые породы древесины450 кг/м ³ до1250 кг/м ³ . После высыхания оба вида содержат около 12% влаги ( Desch и Dinwoodie, 1996 ). Из-за более плотной и сложной структуры лиственной древесины ее проницаемость намного меньше, чем у мягкой древесины, что затрудняет ее сушку. Хотя видов лиственных деревьев примерно в сто раз больше, чем хвойных, способность к более быстрой и легкой сушке и обработке делает хвойную древесину основным источником коммерческой древесины в наши дни.

Взаимоотношения древесины и воды

Древесина, покрытая слоем воды, имеет отражательную способность, подобную луже.

Древесина живых деревьев и свежих бревен содержит большое количество воды, которая часто составляет более 50% веса древесины. Вода оказывает значительное влияние на древесину. Древесина постоянно обменивается влагой или водой с окружающей средой, хотя скорость обмена сильно зависит от степени герметизации древесины.

Древесина содержит воду в трех формах:

Бесплатная вода

Основная часть воды, содержащейся в просвете клетки, удерживается только капиллярными силами. 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 химикаты, изменяющие характеристики сушки древесины.

Связанная или гигроскопичная вода

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

Пар

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

Содержание влаги

Влажность древесины рассчитывается как изменение массы относительно сухой массы по формуле (Сиау, 1984):

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

Здесь - сырая масса древесины, - ее печная 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 упоминалось Уокером и др. , 1993). Уравнение также может быть выражено как доля массы воды и массы высушенной в печи древесины, а не как процент. Например,0,59 кг/кг (в пересчете на сухое вещество) соответствует такому же содержанию влаги, как 59% (в пересчете на сухое вещество).

Точка насыщения волокна

Эти маркировки IPPC на деревянных поддонах обозначают KD: высушенный в печи, HT: термообработанный и DB: окоренный. По сути, все упаковочные материалы из древесины, экспортируемые в страны-члены IPPC, должны иметь такую ​​маркировку.

Когда зеленая древесина высыхает, первой уходит свободная вода из клеточного просвета, удерживаемая только капиллярными силами. Физические свойства, такие как прочность и усадка, обычно не зависят от удаления свободной воды. Точка насыщения волокна (FSP) определяется как содержание влаги, при котором свободная вода должна полностью исчезнуть, в то время как стенки клеток насыщены связанной водой. В большинстве типов древесины точка насыщения волокна находится при содержании влаги от 25 до 30%. Siau (1984) сообщил, что точка насыщения волокна (кг/кг) зависит от температуры T (°C) в соответствии со следующим уравнением: ${\displaystyle X_{\text{fsp}}}$

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

Кей и др. (2000) используют другое определение точки насыщения волокон (равновесная влажность древесины в среде с относительной влажностью 99%).

Многие свойства древесины существенно изменяются при ее сушке ниже точки насыщения волокон, в том числе:

1. объем (в идеале усадки не происходит до тех пор, пока не будет потеряно некоторое количество связанной воды, то есть пока древесина не высохнет ниже FSP);
2. прочность (прочность обычно последовательно увеличивается по мере высыхания древесины при температуре ниже FSP (Desch и 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 является гигроскопичным веществом. Она обладает способностью поглощать или выделять влагу в виде пара. Вода, содержащаяся в древесине, создает собственное 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, которые в это время заполнены водой, опорожняются первыми. Давление пара внутри древесины падает по мере того, как вода последовательно содержится 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, которое остается в древесине на этой стадии, находится в равновесии с давлением водяного пара в окружающем пространстве и называется равновесным влагосодержанием или EMC (Siau, 1984). Из-за своей гигроскопичности древесина имеет тенденцию достигать влажности, которая находится в равновесии с относительной влажностью и температурой окружающего воздуха.

Равновесное содержание влаги в древесине.

ЭМС древесины значительно зависит от относительной влажности окружающей среды (функция температуры), в меньшей степени от температуры. Сиау (1984) сообщил, что ЭМС также очень слабо зависит от вида, механического напряжения, истории сушки древесины, плотности, содержания экстрактивных веществ и направления сорбции, в котором происходит изменение влажности (т. е. адсорбция или десорбция).

Влажность древесины в эксплуатации

Древесина сохраняет свои гигроскопические характеристики после ввода в эксплуатацию. Затем она подвергается воздействию флуктуирующей влажности, доминирующего фактора, определяющего ее ЭМС. Эти колебания могут быть более или менее цикличными, такими как суточные изменения или ежегодные сезонные изменения.

Чтобы свести к минимуму изменения влажности древесины или перемещение деревянных предметов в процессе эксплуатации, древесину обычно сушат до влажности, близкой к средним условиям ЭМС, которым она будет подвергаться. Эти условия различаются для внутреннего использования по сравнению с наружным использованием в данном географическом месте. Например, согласно Австралийскому стандарту качества сушки древесины (AS/NZS 4787, 2001), ЭМС рекомендуется составлять 10–12% для большинства австралийских штатов, хотя в крайних случаях для некоторых мест в Квинсленде, Северной Территории, Западной Австралии и Тасмании ЭМС составляет всего 6–7%. Однако в сухих домах и офисах с центральным отоплением или в постоянно кондиционируемых зданиях ЭМС составляет всего 6–7%.

Усадка и набухание

Усушка и разбухание могут происходить в древесине при изменении содержания влаги (Stamm, 1964). ^{[2] [3]} Усушка происходит при уменьшении содержания влаги, в то время как разбухание происходит при его увеличении. Изменение объема не одинаково во всех направлениях. Наибольшее изменение размеров происходит в направлении, касательном к годичным кольцам. Усушка от сердцевины наружу или радиально, обычно значительно меньше тангенциальной усадки, в то время как продольная (вдоль волокон) усадка настолько мала, 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 достигает пяти раз. Усадка составляет около 5% до 10% в тангенциальном направлении и около 2% до 6% в радиальном направлении (Walker et al. , 1993).

Дифференциальная поперечная усушка древесины связана с:

1. чередование приростов поздней и ранней древесины в пределах годичного кольца;
2. влияние лучей древесины на радиальное направление (Kollmann and Cote, 1968);
3. особенности структуры клеточной стенки, такие как изменения угла микрофибрилл и наличие ямок;
4. химический состав срединной пластинки.

Сушку древесины можно описать как искусство обеспечения того, чтобы грубые изменения размеров из-за усадки ограничивались процессом сушки. В идеале древесина высушивается до того равновесного содержания влаги, которое позднее (в процессе эксплуатации) будет достигнуто древесиной. Таким образом, дальнейшее изменение размеров будет сведено к минимуму.

Вероятно, невозможно полностью устранить изменение размеров древесины, но устранение изменения размера может быть приближено к химической модификации. Например, древесину можно обработать химикатами, чтобы заменить гидроксильные группы другими гидрофобными функциональными группами модификаторов (Stamm, 1964). Среди всех существующих процессов модификация древесины уксусным ангидридом была отмечена за высокую эффективность против усадки или разбухания (ASE), достигаемую без повреждения древесины. Однако ацетилирование древесины медленно внедрялось в промышленность из-за стоимости, коррозии и улавливания уксусной кислоты в древесине. Существует обширный объем литературы, касающейся химической модификации древесины (Rowell, 1983, 1991; Kumar, 1994; Haque, 1997).

Сушка древесины — один из методов повышения стоимости пиломатериалов, производимых в первичной деревообрабатывающей промышленности. По данным Австралийской корпорации по исследованию и развитию лесной и деревообрабатывающей промышленности (FWPRDC), стоимость свежеспиленной древесины лиственных пород, которая продается по цене около 350 долларов за кубический метр или меньше, увеличивается до 2000 долларов за кубический метр или больше при сушке и обработке. Однако используемые в настоящее время обычные процессы сушки часто приводят к значительным проблемам с качеством из-за трещин, как внешних, так и внутренних, что снижает стоимость продукта. Например, в Квинсленде (Anon, 1997), исходя из предположения, что 10% высушенной древесины хвойных пород обесценивается на 200 долларов за кубический метр из-за дефектов сушки, лесопильные заводы теряют около 5 миллионов долларов в год. В Австралии потери могут составить 40 миллионов долларов в год для древесины хвойных пород и такую ​​же или большую сумму для древесины 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. ^{[ необходима цитата ]}

Сушка, если она проводится сразу после рубки деревьев, также защищает древесину от первичной гнили, грибковых пятен и атак определенных видов насекомых. Организмы, вызывающие гниение и пятна, обычно не могут процветать в древесине с содержанием влаги ниже 20%. Некоторые, хотя и не все, насекомые-вредители могут жить только в зеленой древесине.

Помимо вышеперечисленных преимуществ сушки древесины, также важны следующие моменты (Уокер и др. , 1993; Деш и Динвуди, 1996):

1. Высушенная древесина легче, а расходы на транспортировку и обработку снижаются.
2. По большинству прочностных показателей высушенная древесина прочнее сырой.
3. Для обеспечения надлежащего проникновения древесину, предназначенную для пропитки консервантами, необходимо тщательно высушить, особенно в случае использования масляных консервантов.
4. В области химической модификации древесины и изделий из нее материал необходимо высушить до определенной влажности, чтобы произошли соответствующие реакции.
5. Сухая древесина обычно лучше обрабатывается, обрабатывается, отделывается и склеивается, чем свежая древесина (хотя есть исключения; например, свежая древесина часто легче поддается обработке, чем сухая). Краски и отделочные материалы держатся дольше на сухой древесине.
6. Электро- и теплоизоляционные свойства древесины улучшаются при сушке.

Быстрая сушка древесины сразу после рубки, таким образом, значительно улучшает и добавляет ценность необработанной древесине. Сушка обеспечивает существенную долгосрочную экономию за счет рационализации использования лесных ресурсов. Таким образом, сушка древесины является областью исследований и разработок, которая волнует многих исследователей и лесозаготовительные компании по всему миру.

Механизмы движения влаги

Вода в древесине обычно перемещается из зон с более высоким содержанием влаги в зоны с более низким содержанием (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.

Пути проникновения влаги

Движущей силой движения влаги является химический потенциал. Однако не всегда легко связать химический потенциал в древесине 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 проходов, основанных на природе движущей силы (например, градиент давления или влажности) и изменениях в структуре древесины (Langrish and Walker, 1993), как объясняется в следующем разделе о движущих силах движения влаги. Эти пути состоят из полостей сосудов, волокон, лучевых клеток, камер ямок и отверстий их мембран ямок, межклеточных пространств и переходных проходов клеточных стенок.

Движение воды происходит в этих проходах в любом направлении, продольно в клетках, а также поперечно от клетки к клетке, пока она не достигнет боковых поверхностей высыхания древесины. Более высокая продольная проницаемость заболони лиственных пород, как правило, обусловлена ​​наличием сосудов. Боковая проницаемость и поперечный поток часто очень низкие в лиственных породах. Сосуды в лиственных породах иногда блокируются наличием тилозы и/или секрецией камедей и смол у некоторых других видов, как упоминалось ранее. Наличие камедеобразных жилок, образование которых часто является результатом естественной защитной реакции деревьев на повреждение, обычно наблюдается на поверхности распиленных досок большинства эвкалиптов. Несмотря на обычно более высокую объемную долю лучей в лиственных породах (обычно 15% от объема древесины), лучи не особенно эффективны в радиальном потоке, а ямки на радиальных поверхностях волокон не эффективны в 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 пустотного пространства в твердом теле. Сообщается, что пористость составляет от 1,2 до 4,6% сухого объема стенки клетки древесины (Siau, 1984). С другой стороны, проницаемость — это мера легкости, с которой жидкости транспортируются через пористое твердое тело под влиянием некоторых движущих сил, например, градиента капиллярного давления или градиента влажности. Очевидно, 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 пустотные пространства соединены отверстиями. Например, твердая древесина может быть проницаемой, потому что в мембранах есть межсосудистые ямки с отверстиями (Keey et al. , 2000). Если эти мембраны закупорены или инкрустированы, или если ямки аспирированы, древесина приобретает закрытоячеистую структуру 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, в целом, высыхает быстрее, чем более тяжелая. Транспортировка жидкостей часто представляет собой объемный поток (передача импульса) для проницаемых хвойных пород при высокой температуре, тогда как для непроницаемых лиственных пород происходит диффузия (Siau, 1984). Эти механизмы обсуждаются ниже.

Движущие силы движения влаги

Три основные движущие силы, используемые в различных версиях моделей диффузии, — это влажность, парциальное давление водяного пара и химический потенциал воды (Skaar, 1988; Keey et al. , 2000). Они обсуждаются здесь, включая капиллярное действие, которое является механизмом свободного переноса воды в проницаемой мягкой древесине. Общая разность давлений является движущей силой во время вакуумной сушки древесины.

Капиллярное действие

Капиллярные силы определяют движение (или отсутствие движения) свободной воды. Это происходит из-за адгезии и когезии. Адгезия — это притяжение между водой и другими веществами, а когезия — это притяжение молекул в воде друг к другу.

По мере высыхания древесины испарение воды с поверхности создает капиллярные силы, которые тянут свободную воду в зонах древесины под поверхностью. Когда в древесине больше нет свободной воды, капиллярные силы больше не имеют значения.

Различия в содержании влаги

Химический потенциал объясняется здесь, поскольку он является истинной движущей силой для переноса воды как в жидкой, так и в паровой фазах в древесине (Siau, 1984). Свободная энергия Гиббса на моль вещества обычно выражается как химический потенциал этого вещества (Skaar, 1933). Химический потенциал воды в ненасыщенном воздухе или древесине ниже точки насыщения волокон влияет на сушку древесины. Равновесие будет происходить при равновесном содержании влаги (как определено ранее) древесины, когда химический потенциал воды в древесине станет равным таковому в окружающем воздухе. Химический потенциал сорбированной воды является функцией содержания влаги в древесине. Поэтому градиент содержания влаги в древесине (между поверхностью и центром), или, более конкретно, активности воды , сопровождается градиентом химического потенциала в изотермических условиях. Влага будет перераспределяться по всей древесине до тех пор, пока ее химический потенциал не станет равномерным по всей длине, что приведет к нулевому градиенту потенциала при равновесии (Skaar, 1988). Предполагается, что поток влаги, стремящийся достичь состояния равновесия, пропорционален разнице ее химического потенциала и обратно пропорционален длине пути, на котором действует разность потенциалов (Ки и др. , 2000).

Градиент химического потенциала связан с градиентом содержания влаги, как объяснено в приведенных выше уравнениях (Keey et al. , 2000). Модель диффузии, использующая градиент содержания влаги в качестве движущей силы, была успешно применена Wu (1989) и Doe et al. (1994). Хотя соответствие между профилями содержания влаги, предсказанными моделью диффузии на основе градиентов содержания влаги, лучше при более низком содержании влаги, чем при более высоком, нет никаких доказательств, позволяющих предположить, что существуют существенно различные механизмы переноса влаги, работающие при более высоком содержании влаги для этой древесины. Их наблюдения согласуются с процессом переноса, который управляется общей концентрацией воды. Модель диффузии используется здесь на основе этого эмпирического доказательства того, что градиент содержания влаги является движущей силой для сушки этого типа непроницаемой древесины.

Различия во влажности между поверхностью и центром (градиент, разность химических потенциалов между интерфейсом и объемом) перемещают связанную воду через небольшие проходы в клеточной стенке путем диффузии. По сравнению с капиллярным движением диффузия является медленным процессом. Диффузия является обычно предлагаемым механизмом для сушки непроницаемой твердой древесины (Keey et al. , 2000). Кроме того, влага мигрирует медленно из-за того, что экстрактивные вещества закупоривают небольшие отверстия клеточной стенки в сердцевине. Вот почему заболонь обычно высыхает быстрее, чем сердцевина при тех же условиях сушки.

Направления движения влаги при диффузии

Сообщается, что отношение продольной и поперечной (радиальной и тангенциальной) скоростей диффузии для древесины колеблется от примерно 100 при влажности 5% до 2–4 при влажности 25% (Langrish and Walker, 1993). Радиальная диффузия несколько быстрее тангенциальной. Хотя продольная диффузия наиболее быстрая, она имеет практическое значение только при сушке коротких заготовок. Обычно доски из древесины намного длиннее, чем по ширине или толщине. Например, типичный размер сырой доски, использованной для этого исследования, составлял 6  м в длину, 250 мм в ширину и 43 мм в толщину. Если доски распилены на четыре стороны, то ширина будет в радиальном направлении, тогда как толщина будет в тангенциальном направлении, и наоборот для досок с ровным распилом. Большая часть влаги удаляется из древесины боковым движением во время сушки.

Причины появления сколов и трещин при сушке древесины и меры борьбы с ними

Основная трудность, с которой сталкиваются при сушке древесины, заключается в том, что ее внешние слои высыхают быстрее, чем внутренние. Если эти слои высыхают намного ниже точки насыщения волокон, в то время как внутренняя часть все еще насыщена, возникают напряжения (называемые напряжениями высыхания), поскольку усадка внешних слоев ограничивается влажной внутренней частью (Keey et al. , 2000). Происходит разрыв тканей древесины, и, следовательно, расколы и трещины, если эти напряжения поперек волокон превышают прочность поперек волокон (связь волокон).

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. Сейчас будет объяснен способ, которым можно контролировать сушку. Одним из наиболее успешных способов сушки или выдержки древесины является сушка в печи, когда древесина помещается в отсек печи штабелями и сушится путем пропаривания и медленного выпуска пара.

Влияние температуры, относительной влажности и скорости циркуляции воздуха

Внешние условия сушки (температура, относительная влажность и скорость воздуха) контролируют внешние граничные условия сушки и, следовательно, скорость сушки, а также влияют на скорость внутреннего движения влаги. Скорость сушки зависит от внешних условий 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 сушки. Температура влияет на скорость сушки, увеличивая влагоудерживающую способность воздуха, а также ускоряя скорость диффузии влаги через древесину.

Фактическая температура в сушильной печи — это температура сухого термометра (обычно обозначаемая как Tg), которая является температурой парогазовой смеси, определяемой путем вставки термометра с сухим термометром. С другой стороны, температура влажного термометра (TW) определяется как температура, достигаемая небольшим количеством жидкости, испаряющейся в большом количестве ненасыщенной воздушно-паровой смеси. Температурный чувствительный элемент этого термометра поддерживается влажным с помощью пористой тканевой оболочки (ткани), обычно помещаемой в резервуар с чистой водой. Минимальный поток воздуха 2 м/с необходим для предотвращения образования зоны застойного влажного воздуха вокруг оболочки (Walker et al. , 1993). Поскольку воздух проходит над влажной оболочкой, вода испаряется и охлаждает влажный термометр. Разница между температурами сухого и влажного термометров, депрессия влажного термометра, используется для определения относительной влажности по стандартной гигрометрической диаграмме (Walker et al. , 1993). Более высокая разница между температурами сухого и влажного термометров указывает на более низкую относительную влажность. Например, если температура сухого термометра составляет 100 °C, а температура влажного термометра — 60 °C, то относительная влажность по гигрометрической диаграмме составляет 17%.

Относительная влажность

Относительная влажность воздуха определяется как парциальное давление водяного пара, деленное на давление насыщенного пара при той же температуре и общем давлении (Siau, 1984). Если температура поддерживается постоянной, более низкая относительная влажность приводит к более высокой скорости сушки из-за повышенного градиента влажности в древесине, возникающего из-за снижения содержания влаги в поверхностных слоях при снижении 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 нее 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 влаги, испаряющейся из древесины. Однако более высокая скорость сушки не всегда желательна, особенно для непроницаемых твердых пород древесины, поскольку более высокие скорости сушки создают большие напряжения, которые могут привести к растрескиванию или деформации древесины. При очень низких скоростях вентилятора, менее 1 м/с, поток воздуха через штабель часто представляет собой ламинарный поток, а теплопередача 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 твердых пород древесины (Pordage and Langrish, 1999).

Классификация пиломатериалов для сушки

Древесину классифицируют следующим образом в зависимости от легкости сушки и склонности к деградации при высыхании:

Высокоогнеупорная древесина

Эти породы древесины медленно и трудно высушиваются, если конечный продукт не должен иметь дефектов, в частности трещин и сколов. Примерами являются тяжелые конструкционные пиломатериалы с высокой плотностью, такие как железная кора ( Eucalyptus paniculata ), черная древесина ( E. pillularis ), южная голубая камедь ( E. globulus ) и щетинник ( Lophostemon cofertus ). Для достижения наилучших результатов они требуют значительной защиты и ухода от условий быстрой сушки (Bootle, 1994).

Древесина умеренно тугоплавкая

Эти виды древесины демонстрируют умеренную тенденцию к растрескиванию и расщеплению во время выдержки. Их можно выдерживать без дефектов при умеренно быстрой сушке (т. е. можно использовать максимальную температуру сухого термометра 85 °C). Примерами являются сиднейская голубая камедь ( E. saligna ) и другие виды древесины средней плотности (Bootle, 1994), которые потенциально подходят для мебели.

Неогнеупорная древесина

Эти виды древесины можно быстро высушить, чтобы они не имели дефектов, даже при высоких температурах (температура сухого термометра более 100 °C) в промышленных печах. Если их не высушить быстро, на их поверхности может появиться изменение цвета (синева) и плесень. Примерами являются мягкие породы дерева и древесина с низкой плотностью, 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 ^[4] разработали простую модель высыхания древесины как функцию этих трех переменных. Хотя анализ был выполнен для красного дуба, процедуру можно применить к любой породе древесины, отрегулировав постоянные параметры модели.

Проще говоря, модель предполагает, что скорость изменения влажности M во времени t пропорциональна тому, насколько далеко образец древесины находится от своего равновесного значения влажности , 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 измерения времени. Типичный размер древесины приблизительно равен наименьшему значению ( ), которые являются радиальным, тангенциальным и продольным размерами соответственно в дюймах, причем продольный размер делится на десять, поскольку вода диффундирует примерно в 10 раз быстрее в продольном направлении (вдоль волокон), чем в поперечных 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 начальное содержание влаги. 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, измеренного в днях, длины в дюймах и измеренного в мм рт. ст., для пиломатериалов из красного дуба были 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 150  °F, используя уравнение Ардена Бака , давление насыщенного пара воды оказывается около 192 мм рт. ст. (25,6 кПа). Постоянная времени для сушки доски из красного дуба толщиной 1 дюйм (25 мм) при 150  °F составляет тогда дни, что является временем, необходимым для снижения содержания влаги до 1/e = 37% от ее начального отклонения от равновесия. Если относительная влажность составляет 0,50, то, используя уравнение Хейлвуда-Хорробина, содержание влаги в древесине в равновесии составляет около 7,4%. Время снижения содержания влаги в пиломатериалах с 85% до 25% составляет тогда около 4,5 дней. Более высокие температуры обеспечат более быстрое время сушки, но они также создадут большие напряжения в древесине из-за того, что градиент влажности будет больше. Для дров это не проблема, но в целях деревообработки высокие напряжения приведут к растрескиванию древесины и ее непригодности для использования. Нормальное время сушки для получения минимального количества трещин в пиломатериалах из красного дуба толщиной 25 мм (1 дюйм или 4/4) составляет от 22 до 30 дней, а в пиломатериалах толщиной 8/4 мм (50 мм или 2 дюйма) — от 65 до 90 дней. ${\displaystyle \tau =3.03}$    

Методы сушки древесины

В целом существует два метода сушки древесины:

• естественная сушка или сушка на воздухе
• искусственная сушка

Сушка на воздухе

Воздушная сушка — это сушка древесины путем воздействия на нее воздуха. Метод воздушной сушки заключается в основном в укладке штабеля пиломатериалов (слои досок разделяются наклейками) на приподнятые фундаменты в чистом, прохладном, сухом и тенистом месте. Скорость сушки во многом зависит от климатических условий и движения воздуха (воздействия ветра). Для успешной воздушной сушки необходимо организовать непрерывный и равномерный поток воздуха по всей штабелю древесины (Desch and Dinwoodie, 1996).

Скорость потери влаги можно контролировать, покрывая доски любым веществом, которое относительно непроницаемо для влаги; обычное минеральное масло довольно эффективно. Покрытие концов бревен маслом или густой краской улучшает их качество после высыхания. Обертывание досок или бревен материалами, которые допускают некоторое движение влаги, обычно работает очень хорошо, если древесина предварительно обработана от грибковой инфекции путем покрытия бензином/газолином или маслом. Минеральное масло, как правило, не впитывается более чем на 1–2 мм под поверхностью и легко удаляется строганием, когда древесина достаточно высохнет.

• Преимущества: использование этого метода сушки может быть менее затратным (все равно существуют затраты, связанные с хранением древесины и более медленным процессом ее доставки на рынок), а воздушная сушка часто дает более качественную и более легко обрабатываемую древесину, чем сушка в печи.
• Недостатки: В зависимости от климата, сушка древесины на воздухе может занять от нескольких месяцев до нескольких лет.

Сушка в печи

Большая сушильная печь для древесины, используемая для клена

Процесс искусственной или «печной» сушки в основном заключается во введении тепла. Это может быть достигнуто напрямую, с использованием природного газа и/или электричества, или косвенно, через теплообменники с паровым нагревом. Солнечная энергия также является вариантом. В этом процессе преднамеренный контроль температуры, относительной влажности и циркуляции воздуха создает переменные условия для достижения определенных профилей сушки. Для этого древесина укладывается в камеры, которые оснащены 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 печной сушке, как и при воздушной сушке, в качестве среды сушки используется ненасыщенный воздух. Почти все коммерческие пиломатериалы мира сушатся в промышленных печах. Ниже приведено сравнение воздушной сушки, традиционной печи и солнечной сушки:

1. Древесину можно высушить до любого желаемого низкого уровня влажности с помощью традиционной или солнечной сушки, однако при воздушной сушке в большинстве мест трудно достичь уровня влажности 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 капитальные затраты включены, то они остаются на более длительное время при использовании воздушной сушки. С другой стороны, установка, эксплуатация и обслуживание промышленной печи обходятся дорого.
   • Кроме того, древесина, высушенная на воздухе, занимает место, что также может стоить денег.
3. При воздушной сушке условия сушки практически не поддаются контролю, поэтому скорость сушки контролировать невозможно.
4. Температуры, используемые при сушке в печи, обычно убивают все грибки и насекомых в древесине, если для графика сушки используется максимальная температура сухого термометра выше 60 °C. Это не гарантируется при воздушной сушке.
5. Если сушка на воздухе производится неправильно (под воздействием солнца), скорость высыхания может быть слишком высокой в ​​сухие летние месяцы, что приведет к растрескиванию и расщеплению, и слишком медленной в холодные зимние месяцы.

Значительные преимущества традиционной сушки в печи включают более высокую производительность и лучший контроль конечного содержания влаги. Традиционные 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 воздушная сушка.

Камерные сушилки чаще всего используются на лесозаготовительных предприятиях. Камерная сушилка заполняется статической партией древесины, через которую циркулирует воздух. В таких печах древесина остается неподвижной. Условия сушки последовательно изменяются в зависимости от типа высушиваемой древесины. Этот метод сушки хорошо подходит для нужд лесозаготовительных предприятий, которым приходится сушить древесину различных пород и толщины, включая тугоплавкие лиственные породы, которые более других пород подвержены растрескиванию и раскалыванию.

Основными элементами камерной сушки являются:

Строительные материалы

Камеры обычно строятся из кирпичной кладки или пустотелых цементно-бетонных плит. Листовой металл или сборный алюминий в двухстенной конструкции с многослойной теплоизоляцией, такой как стекловата или полиуретановая пена, являются материалами, которые также используются в некоторых современных деревянных печах. Однако камеры из кирпичной кладки с известковой и (растворной) штукатуркой внутри и окрашенные непроницаемыми покрытиями, широко используются и оказались удовлетворительными для многих применений.

Обогрев

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

Увлажнение

Увлажнение обычно достигается путем введения острого пара в печь через паровую распылительную трубу. Чтобы ограничить и контролировать влажность воздуха, когда большие количества влаги быстро испаряются из древесины, во всех типах печей обычно предусмотрена вентиляция камеры.

Циркуляция воздуха

Циркуляция воздуха — это средство переноса тепла и отвода влаги от всех частей загрузки. Наиболее распространены печи с принудительной циркуляцией, в которых воздух циркулирует с помощью вентиляторов или воздуходувок, которые могут быть установлены снаружи камеры печи (внешняя вентиляторная печь) или внутри нее (внутренняя вентиляторная печь).

На протяжении всего процесса необходимо тщательно контролировать содержание влаги с помощью системы измерения влажности, чтобы снизить пересушивание и позволить операторам знать, когда следует вынимать загрузку. Предпочтительно, чтобы этот измеритель влажности в печи имел функцию автоматического отключения.

Графики сушки в печи

Удовлетворительная сушка в печи обычно может быть достигнута путем регулирования температуры и влажности циркулирующего воздуха для контроля влажности пиломатериалов в любой момент времени. Это условие достигается путем применения графиков сушки в печи. Желаемая цель соответствующего графика — обеспечить сушку пиломатериалов с максимально возможной скоростью без возникновения нежелательных ухудшений. Следующие факторы оказывают значительное влияние на графики.

Вид

Различия в анатомических, физических и механических свойствах между видами влияют на время сушки и общие результаты.

Толщина пиломатериала

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

Являются ли пиломатериалы радиально-распиленными, плоско-распиленными или полуторно-распиленными (смешанно-распиленными)

Рисунок распиловки влияет на деформацию из-за анизотропии усадки.

Допустимое снижение 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 обязательно подходящим, даже для схожих партий одного и того же вида. Вот почему так много исследований сушки древесины сосредоточено на разработке эффективных графиков сушки.

Печь для осушения

Камера осушения может быть невентилируемой системой (замкнутый контур) или частично вентилируемой системой, которая использует тепловой насос для конденсации влаги из воздуха с использованием холодной стороны процесса охлаждения (испаритель). Тепло, собранное таким образом, отправляется на горячую сторону процесса охлаждения (конденсатор) для повторного нагрева воздуха и возвращает этот более сухой и теплый воздух внутрь печи. Вентиляторы продувают воздух через штабеля, как в обычной печи. Эти печи традиционно работают при температуре от 100 °F до 160 °F и потребляют около половины энергии обычной печи. ^[5]

Вакуумная печь

Эти печи могут быть самыми быстрыми для сушки и наиболее эффективными с точки зрения потребления энергии. В вакууме вода кипит при более низкой температуре. Помимо увеличения скорости, вакуумная печь может также производить древесину улучшенного качества.

Низкое давление окружающей среды снижает температуру кипения воды, но количество энергии, необходимое для превращения жидкости в пар, остается прежним. Экономия достигается за счет отсутствия необходимости обогревать огромное здание и отводить тепло при одновременном снижении влажности.

Поскольку всю свободную воду можно удалить при температуре ниже 115 °F, качество улучшается.

В то время как обычная сушка использует теплый, сухой воздух для снятия воды с поверхности, вакуумные печи могут выпаривать воду из древесины. Это позволяет хорошей вакуумной печи очень быстро сушить очень толстую древесину. Можно высушить 12/4 Red Oak прямо со спиленного дерева до 7% за 11 дней.

Поскольку древесина сушится с градиентом паров — давление паров к давлению окружающей среды — влажность может поддерживаться на очень высоком уровне. Благодаря этому хорошая вакуумная печь может высушить белый дуб толщиной 4,5 дюйма прямо со среза до 8% менее чем за месяц, что ранее считалось невозможным.

Солнечная печь

Солнечная печь — это нечто среднее между сушкой в ​​печи и воздушной сушкой. Такие печи обычно представляют собой теплицу с высокотемпературным вентилятором и либо вентиляционными отверстиями, либо конденсационной системой. Солнечные печи работают медленнее и изменчивы из-за погоды, но они недороги. ^[5]

Приправа для воды

Погружение в проточную воду быстро удаляет сок, а затем древесину сушат на воздухе. «...это снижает эластичность и прочность древесины, а также делает ее хрупкой». ^[6] Но существуют и конкурирующие точки зрения, например, «Дюамель, который провел множество экспериментов по этому важному вопросу, утверждает, что древесину для столярного использования лучше всего на некоторое время поместить в воду, а затем высушить; так как это делает древесину менее подверженной короблению и трещинам при высыхании; но, добавляет он, «там, где требуется прочность, ее не следует помещать в воду»» ^[7]

Приправа кипячением или приготовлением на пару

Погружение в кипящую воду или применение пара ускоряет сушку древесины. Говорят, что этот метод вызывает меньшую усадку «… но он дорог в использовании и снижает прочность и эластичность древесины». ^[8]

Химическая или солевая приправа

Солевая выдержка — это погружение древесины в раствор мочевины, нитрата натрия, которые действуют как дегидратирующие агенты. Затем древесина высушивается на воздухе. ^[9]

Электрическая приправа

Электрическая выдержка заключается в пропускании электрического тока через древесину, что приводит к образованию тепла и высушиванию древесины. Этот метод дорогой, но быстрый и обеспечивает однородное качество. ^[9]

Сублимационная сушка

Сублимационная сушка осуществляется путем снижения давления в камере, содержащей древесину, до нескольких миллибар, при этом температура камеры понижается до уровня ниже эвтектической точки материала. Тепло обычно добавляется к материалу медленно, чтобы вода, содержащаяся в древесине, могла сублимироваться непосредственно в пар и осаждаться на стенках вакуумной камеры или в холодной ловушке, через которую откачивается камера. Сублимационная сушка посредством сублимации обычно требует примерно в 10 раз больше энергии, чем при испарении воды под действием тепла. На практике сублимационная сушка древесины может быть достигнута путем помещения древесины комнатной температуры в вакуумную камеру, которая может быть охлаждена до -30 градусов по Цельсию или ниже, вакуумирования камеры до нескольких миллибар и одновременного охлаждения камеры до температуры замерзания. Скрытая теплота льда в древесине будет выходить через водяной пар, который будет конденсироваться в виде льда внутри камеры. Через несколько часов в условиях вакуума и заморозки камера возвращается к нормальному давлению, древесина вынимается и упаковывается в пластик, чтобы на ней не конденсировалась вода, и оставляются для возвращения к комнатной температуре в течение нескольких часов или суток. Затем цикл повторяется, каждый раз скрытая теплота в древесине удаляется через содержание воды в древесине, сублимируя и/или испаряясь и конденсируясь на стенках контейнера и в холодной ловушке. Циклы повторяются до тех пор, пока содержание влаги в древесине не достигнет заранее определенного приемлемого уровня. Вместо того, чтобы циклировать древесину в камере, к древесине можно добавлять тепло со скоростью, которая соответствует скорости сублимации льда в древесине в водяной пар, который оседает на внутренней стороне камеры или в холодной ловушке. Преимущество сублимационной сушки древесины заключается в том, что форма древесины сохраняется, и усадка обычно не происходит. Усадка будет происходить с течением времени после сублимационной сушки древесины, но это, как правило, не приводит к дефектам в древесине.

Дефекты сушки

Дефекты высыхания являются наиболее распространенной формой ухудшения качества древесины, наряду с естественными проблемами, такими как сучки (Desch и Dinwoodie, 1996). Существует два типа дефектов высыхания, хотя некоторые дефекты связаны с обеими причинами:

1. Дефекты, вызванные анизотропией усадки, приводящие к короблению: коробление, прогиб, скручивание, искривление, пружинение и ромбовидность.
2. Дефекты от неравномерной сушки, приводящие к разрыву древесной ткани, такие как трещины (поверхностные, торцевые и внутренние), торцевые трещины, сотовая гребнеобразование и закалка. Также может возникнуть коллапс, часто проявляющийся как гофрирование или так называемая «стиральная доска» на поверхности древесины (Иннес, 1996). Коллапс — это дефект, который возникает в результате физического сплющивания волокон выше точки насыщения волокон и, таким образом, не является формой анизотропии усадки.

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

1. градиент влажности и наличие остаточных напряжений при высыхании (цементация);
2. поверхностный, внутренний и торцевой контроль;
3. крах;
4. искажения;
5. изменение цвета, вызванное высыханием.

Сушильная камера для древесины

Сегодня существуют различные технологии сушки древесины: традиционные, осушительные, солнечные, вакуумные и радиочастотные.

Обычные сушильные камеры для древесины (Rasmussen, 1988) имеют конструкцию пакетного типа (боковая загрузка) или рельсового типа (трамвай). Большинство сушильных камер для пиломатериалов твердых пород являются сушильными камерами с боковой загрузкой, в которых для загрузки пакетов пиломатериалов в печь используются вилочные погрузчики. Большинство сушильных камер для пиломатериалов мягких пород являются сушильными камерами рельсового типа, в которых пакеты пиломатериалов загружаются в печь/рельсовые тележки для загрузки печи.

Современные высокотемпературные и высокоскоростные обычные сушильные камеры обычно могут высушить древесину толщиной 1 дюйм (25 мм) за 10 часов до влажности 18%. Однако для сушки древесины красного дуба толщиной 1 дюйм до влажности 8% требуется около 28 дней.

Тепло обычно вводится через пар, проходящий через ребристые/трубчатые теплообменники, управляемые пневматическими клапанами включения/выключения. Менее распространены пропорциональные пневматические клапаны или даже различные электрические приводы. Влажность удаляется через систему вентиляционных отверстий, конкретная компоновка которых обычно индивидуальна для данного производителя. Как правило, холодный сухой воздух вводится с одного конца печи, а теплый влажный воздух выводится с другого. Обычные печи для сушки твердой древесины также требуют введения влажности с помощью систем распыления пара или тумана холодной воды, чтобы относительная влажность внутри печи не падала слишком низко во время цикла сушки. Направления вентиляторов обычно периодически меняются на противоположные, чтобы обеспечить равномерную сушку больших загрузок печи.

Большинство сушилок для пиломатериалов из мягкой древесины работают при температуре ниже 115 °C (239 °F). Графики сушки пиломатериалов из твердой древесины обычно поддерживают температуру сухого термометра ниже 80 °C (176 °F). Трудносухие породы могут не превышать 60 °C (140 °F).

Осушительные печи очень похожи на обычные печи по базовой конструкции. Время сушки обычно сопоставимо. Тепло в основном подается встроенным осушителем, который также служит для удаления влажности. Вспомогательное тепло часто подается в начале графика, когда требуемое тепло может превышать тепло, вырабатываемое блоком DH.

Солнечные печи — это обычные печи, которые обычно строят любители, чтобы снизить первоначальные инвестиционные затраты. Тепло поступает через солнечное излучение, а внутренняя циркуляция воздуха обычно пассивна.

В 1949 году чикагская компания представила сушильную печь для древесины, в которой использовались инфракрасные лампы, которые, по их утверждению, сократили стандартное время сушки с 14 дней до 45 минут. ^[10]

Более новые технологии сушки древесины включают использование пониженного атмосферного давления для попытки ускорить процесс сушки. Существует множество вакуумных технологий, различающихся в первую очередь способом подачи тепла в древесную загрузку. Вакуумные печи с горячей водой используют алюминиевые нагревательные пластины с циркулирующей внутри водой в качестве источника тепла и обычно работают при значительно пониженном абсолютном давлении. Прерывистая 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 работают при частичной атмосфере (обычно около 1/3 полного атмосферного давления) в гибриде вакуумной и обычной технологии печи (печи SSV значительно более популярны в Европе, где местную древесину легче сушить по сравнению с видами, встречающимися в Северной Америке). Печи RF/V (радиочастота + вакуум) используют микроволновое излучение для нагрева загружаемого материала и, как правило, имеют самые высокие эксплуатационные расходы, поскольку тепло испарения обеспечивается электричеством, а не местным ископаемым топливом или древесными отходами.

Действенные 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 продукта для задачи удаления воды из древесного волокна. Эти затраты (которые могут составлять значительную часть всех затрат завода) включают дифференциальное 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 станке является «системой сушки». Поскольку по всему миру существуют тысячи различных типов заводов по производству изделий из древесины, которые могут быть интегрированы (пиломатериалы, фанера, бумага и т. д.) или автономны (только пиломатериалы), истинные затраты на систему сушки можно определить только путем сравнения общих затрат и рисков завода с сушкой и без нее.

Общие (вредные) выбросы в атмосферу, производимые печами для сушки древесины, включая их источник тепла, могут быть значительными. Обычно, чем выше температура, при которой работает печь, тем больше выбросов (на фунт удаленной воды). Это особенно актуально при сушке тонкого шпона и высокотемпературной сушке хвойных пород древесины.

Стандарты OSHA в отношении сушильных установок

1910.265(f)(3)(i)(a): Главные двери печи должны быть снабжены средством удержания их открытыми во время загрузки печи.

1910.265(f)(3)(i)(b): Противовесы на вертикальных подъемных дверях должны быть помещены в короба или иным образом защищены.

1910.265(f)(3)(i)(c): Должны быть предусмотрены достаточные средства для надежного закрепления главных дверей, когда они отсоединены от держателей и подвесов, для предотвращения опрокидывания.

1910.265(f)(3)(ii)(a): Если рабочие процедуры требуют доступа к печам, печи должны быть снабжены аварийными дверями, которые легко открываются изнутри, открываются в направлении выхода и располагаются внутри или рядом с главной дверью в конце прохода.

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 проветриваться, дренироваться и освещаться, а также быть достаточно большими для безопасного размещения оператора печи вместе с рабочими устройствами, такими как клапаны, заслонки, стержни заслонок и ловушки. ^[11]

Смотрите также

• Тряска (древесина)

Ссылки

1. Минеа, Василе (6 августа 2018 г.). Сушка древесины с помощью промышленного теплового насоса. CRC Press. стр. 25. ISBN 978-0-429-87406-2.
2. Мантанис, GI; Янг, RA; Роуэлл, RM (1994). «Набухание древесины: Часть 1. Набухание в воде». Wood Science and Technology . 28 (2). doi :10.1007/BF00192691. ISSN  0043-7719.
3. "Усыхание и разбухание древесины и их влияние на мебель" (PDF) . Получено 2024-06-23 .
4. Симпсон, Уильям; Джон Черниц (1979). "Важность изменения толщины при сушке в сушильной камере пиломатериалов из красного дуба" (PDF) . Корваллис, Орегон: Western Dry Kiln Clubs . Получено 15 ноября 2008 г. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
5. Несколько авторов. Тонкая обработка древесины и как ее сушить: 41 статья . Ньютаун, Коннектикут: Taunton Press, 1986. 86-89. Печать.
6. Райли, Дж. У. Руководство по плотницкому и столярному делу . Лондон: Macmillan and co., limited;, 1905. 8. Печать.
7. "451. Приправа для воды". chestofbooks.com .
8. Смит, Перси Гиллемар Ллевеллин. Заметки о строительстве зданий . Лондон: Longmans, Greene and Co., 1891. 390.Печать.
9. Punmia, BC, Ashok Kumar Jain и Arun Kumar Jain. Основы гражданского строительства: для курсов первого года BE / B.Tech различных университетов, включая MDU и KU ., Харьяна. Нью-Дели: Laxmi Publications, 2003. 85. Печать.
10. «Инфракрасная печь сушит древесину» Popular Mechanics , июль 1949 г.
11. "1910.265 - Лесопилки. | Управление по охране труда и технике безопасности". www.osha.gov . Получено 07.11.2019 .

Дальнейшее чтение

• ABARE (2000). Национальная инвентаризация плантаций, март 2000 г. 4 стр.
• Anon. (1997). Рынки древесины, дома и за его пределами: австралийские производители извлекают выгоду из международного спроса. Pie, Информационный бюллетень австралийских международных и национальных организаций первичной промышленности и энергетики (PIE) НИОКР. Том 7 (летний выпуск): стр. 14.
• Avramidis et al. (2023). Основы сушки древесины. ссылка: [1] В: Springer Handbook of Wood Science and Technology
• Бутл, К. Р. (1994). Древесина в Австралии: типы, свойства и использование. McGraw-Hill Book Company, Сидней. 443 стр.
• Desch, HE и Dinwoodie, JM (1996). Древесина: структура, свойства, переработка и использование. 7-е изд. Macmillan Press Ltd., Лондон. 306 стр.
• Доу, П. Д., Оливер, А. Р. и Букер, Дж. Д. (1994). Нелинейная модель деформации и содержания влаги для различных графиков сушки твердой древесины. Труды 4-й Международной конференции по сушке древесины IUFRO, Роторуа, Новая Зеландия. 203-210 стр.
• Хак, МН (1997). Химическая модификация древесины уксусным ангидридом. Диссертация на степень магистра наук. Университет Уэльса, Бангор, Великобритания. 99 стр.
• Hoadley, R. Bruce (2000). Understanding Wood: A Craftsman's Guide to Wood Technology (2nd. ed.). Taunton Press . ISBN 1-56158-358-8.
• Иннес, Т. (1996). Улучшение качества выдержанной твердолиственной древесины с особым акцентом на разрушение. Кандидатская диссертация. Университет Тасмании, Австралия. 172 стр.
• Кей, Р. Б., Лэнгриш, Т. А. Г. и Уокер, Дж. Ф. Ф. (2000). Сушка пиломатериалов в сушильной камере. Springer, Берлин. 326 стр.
• Kollmann, FFP и Cote, WAJ (1968). Principles of Wood Science and Technology. I. Solid Wood. Springer-Verlag, Нью-Йорк. 592 стр.
• Кумар, С. (1994). Химическая модификация древесины. Wood and Fiber Sci., 26(2):270-280.
• Langrish, TAG и Walker, JCF (1993). Транспортные процессы в древесине. В: Walker, JCF Первичная обработка древесины. Chapman and Hall, Лондон. стр. 121–152.
• Паншин, А. Дж. и де Зеув, К. (1970). Учебник по технологии обработки древесины. Том 1, третье издание. McGraw-Hill, Нью-Йорк, 705 стр.
• Pordage, LJ и Langrish, TAG (1999). Моделирование влияния скорости воздуха на сушку древесины лиственных пород. Drying Technology - An International Journal, 17(1&2):237-256.
• Расмуссен, Э. Ф. (1988). Лаборатория лесной продукции, Министерство сельского хозяйства США. (ред.). Руководство оператора сушильной камеры . Исследовательский совет по древесине твердых пород.
• Роуэлл, Р. М. (1983). Химическая модификация древесины. Forest Product Abstract, 6(12):363-382.
• Роуэлл, Р. М. (1991). Химическая модификация древесины. В: Хон, Д. Н.-С. и Шираиши, Н. (редакторы), Химия древесины и целлюлозы. стр. 703–756. Marcel Dekker, Inc., Нью-Йорк.
• Сиау, Дж. Ф. (1984). Транспортные процессы в древесине. Springer-Verlag, Нью-Йорк. 245 стр.
• Sjostrom, E. (1993). Химия древесины: основы и применение. Academic Press Limited, Лондон. 293 стр.
• Скаар, К. (1988). Отношения между лесом и водой. Springer-Verlag, Нью-Йорк. 283 стр.
• Штамм, А. Дж. (1964). Наука о древесине и целлюлозе. Ronald Press, Нью-Йорк. 509 стр.
• Стандарт Австралии (2000). Древесина — классификация по группам прочности. Австралийско-новозеландский стандарт (AS/NZS) 2878. Сидней. 36 стр.
• Стандарт Австралии (2001). Древесина — Оценка качества сушки. Австралийско-новозеландский стандарт (AS/NZS) 4787. Сидней. 24 стр.
• Струмилло, К. и Кудра, Т. (1986). Сушка: принципы, применение и проектирование. Gordon and Breach Science Publishers, Нью-Йорк. 448 стр.
• Уокер, Дж. К. Ф., Баттерфилд, Б. Г., Лэнгриш, Т. А. Г., Харрис, Дж. М. и Апричард, Дж. М. (1993). Первичная обработка древесины. Chapman and Hall, Лондон. 595 стр.
• Wise, LE и Jahn, EC (1952). Химия древесины. Том 2. Reinhold Publishing Corp., Нью-Йорк. 1343 стр.
• Ву, К. (1989). Исследование некоторых проблем сушки древесины тасманийского эвкалипта. Диссертация на степень магистра инженерных наук, Университет Тасмании. 237 стр.

Внешние ссылки

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