Установка для сушки древесины
Использование: деревопереработка. Сущность полезной модели. Установка включает две сушильные камеры 1, 2, соединенные при помощи трубопроводов с быстродействующими клапанами 3 с первым ресивером 5, вакуумный насос 8, шлюзовую камеру 7, винтообразные направляющие 11, расположенные на входе первого ресивера 5. Второй ресивер 6 расположен вертикально над первым 5. Ресиверы 5 и 6 выполнены в виде двух емкостей, соединенных между собой трубопроводами. Сушильные камеры 1, 2 содержат систему подачи воды или пара 12, систему пропитки 16. Технический результат - получение высококачественной сухой древесины при снижении энергетических затрат и сокращении времени сушки.
Полезная модель относится к технике сушки древесины и может найти применение в лесной, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности.
В настоящее время известно значительное число установок для сушки древесины, содержащих непосредственно камеру с герметично закрывающейся дверью и калорифер с вентилятором, подающим нагретый воздух в полость камеры.
Недостатками таких установок являются длительный процесс сушки древесины от 5 до 45 дней в зависимости от пород и сорта древесины, влекущий большие энергозатраты, сравнительно низкое качество конечного продукта из-за наличия микротрещин, обусловленных применением теплоносителя с высокой температурой.
Известны также установки, в которых сушка древесины осуществляется многократным чередованием цикла нагрева с одновременной продувкой материала теплоносителем и цикла вакуумирования с адиабатической выдержкой, продолжительность которой равна продолжительности продувки.
Недостатками известных установок являются значительные энергозатраты, низкое качество древесины по поперечному сечению и значительная неравномерность конечной влажности по длине штабеля.
Также известны установки, в которых используется технология с применением импульсных режимов - чередование нагрева и удаление влаги при интенсивной циркуляции сушильного агента и воздухообмен с окружающей средой. При этой технологии достигается экономия электроэнергии до 30%, но не решается вопрос равномерности конечной влажности в штабеле.
Недостатками известных установок являются значительные капитальные затраты на изготовление специального оборудования для обеспечения сброса давления в камере сушки, длительность и большая энергоемкость процесса сушки.
Известна установка, содержащая нагревательную сушильную вакуумную камеру, соединенную через быстродействующий клапан посредством системы вакуумных трубопроводов с ресивером и вакуумным насосом. При этом соотношение объема сушильной камеры к объему ресивера для создания
вакуума необходимой глубины должно быть не менее как 1:10. (Патент №2056602, Россия, МПК F 26 В 5/04, приоритет 01.09.94, опубл. 20.03.96). В известном устройстве древесину загружают в сушильную камеру, плотно закрывают и нагревают. Одновременно в ресивере вакуумным насосом создают вакуум, после чего проводят резкий сброс -импульс - давления в сушильной камере путем быстрого открывания быстродействующего клапана и соединения ресивера с камерой сушки. После этого древесину в камере сушки подвергают вакуумированию -выдержке при создавшемся вакууме в течение определенного времени, после чего внутренний объем камеры сушки соединяют с атмосферой. Указанные операции повторяют многократно до достижения заданной влажности древесины. Глубина заданного вакуума в процессе импульсного вакуумирования создается за счет ресивера, имеющего десятикратное превышение объема по сравнению с объемом сушильной камеры.
Недостатком известной установки является то, что изготовление ресивера с объемом, превышающим объем сушильной камеры по меньшей мере в десять раз, требует значительных капитальных затрат. Наличие конденсата - жидкости, удаленной из древесины, и ее слив требуют разгерметизации всей системы, что также при возобновлении процесса сушки приводит к повышению энергетических затрат. Процесс многократного повторения импульсов вакуумирования древесины в сушильной камере с последующей выдержкой при остаточном вакууме, разгерметизации системы приводят к неэффективному использованию отдельных узлов установки и низкой производительности.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является установка для сушки древесины, которая выбрана в качестве прототипа. (Патент №2213309, Россия, МПК F 26 В 9/06,5/04, приоритет 26.02.02, опубл. 27.09.03). Установка содержит две сушильные камеры, соединенные через быстродействующие клапаны посредством трубопроводов с ресивером, шлюзовой камерой и вакуумным насосом. При этом ресивер по объему выполнен равным свободному объему одной сушильной камеры после заполнения ее древесиной. Трубопроводы, соединяющие сушильные камеры с ресивером, установлены по отношению к ресиверу тангенциально.
Недостатками известной установки являются неудовлетворительные эксплутационные качества, так как при одновременной работе двух сушильных камер необходимо организовать поочередный сброс давления высокотемпературной паро-капельной среды в ресивер. Это приводит к росту
температуры среды в ресивере, которая находится при этом в виде паро-капель (смога), что при вакуумировании ресивера приводит к повышению температуры рабочей среды (воды) в водокольцевом вакуумном насосе, а вследствие этого, к снижению уровня разряжения в ресивере. Интенсивность процесса вакуумно-импульсного отжима (сушки) снижается. Применение других типов откачивающих средств, в частности масляных вакуумных насосов, не устраняет указанных недостатков. Более того, в этом случае вакуумирование паро-капельной среды из ресивера вообще приводит к его «срыву», быстрому износу и поломке насоса.
Перед авторами ставилась задача разработать установку для сушки древесины с высокими эксплуатационными свойствами в части снижения капитальных затрат, снижения энергетических затрат и повышения производительности сушки древесины, а также обладающей возможностью обработки древесины антисептиками, антипиренами и красящими составами.
Поставленная задача решается тем, что установка для сушки древесины, включающая две сушильные камеры, соединенные при помощи трубопроводов с быстродействующими клапанами с первым ресивером, вакуумный насос, шлюзовую камеру, дополнительно снабжена винтообразными направляющими, расположенными на входе первого ресивера, вторым ресивером, расположенным вертикально над первым, ресиверы, выполненные в виде двух емкостей, соединены между собой хотя бы двумя трубопроводами, сушильные камеры снабжены системой подачи воды либо пара и системой пропитки, а вакуумный насос подключен к верхней точке второго ресивера.
Винтообразные направляющие выполнены с возможностью направления потоков паро-капельной среды, сбрасываемой из сушильных камер, навстречу друг другу.
Система подачи воды либо пара содержит узел приготовления и подачи, клапан впрыска, трубопровод с форсунками.
Система подачи воды или пара выполнена с возможностью впрыскивания и распределения парогазовой среды по объему сушильной камеры и с возможностью регулирования впрыска по времени и по расходу.
Система пропитки снабжена узлом приготовления и подачи, клапаном впрыска, трубопроводом с форсунками.
Система пропитки выполнена с возможностью подачи антипиренных либо антисептических, либо красящих составов.
Система пропитки выполнена с возможностью впрыскивания и распределения антипиренных либо антисептических, либо красящих составов по объему сушильной камеры и с возможностью регулирования впрыска их по времени и по расходу.
Технический эффект заявляемой полезной модели заключается в высокой производительности, низкой энергоемкости установки, снижении времени сушки и улучшении качества древесины, в возможности придания ей огнестойких, биостойких свойств и различных оттенков.
Изобретение поясняется чертежами, на которых показана блок-схема установки - фиг.1 и блок-схема расположения элементов сушильной камеры - фиг.2.
Блок-схема установки (фиг.1) включает сушильные камеры 1 и 2, быстродействующие клапаны 3 и 4, первый 5 и второй 6 ресиверы, шлюзовую камеру 7, вакуумный насос 8, шаровой кран 9, клапан 10 для слива жидкости из шлюзовой камеры 7, винтообразные направляющие 11 на входе первого ресивера, систему подачи воды или пара 12, включающую в себя узел приготовления и подачи 13 (фиг.2), клапан впрыска 14, трубопровод с форсунками 15, систему пропитки 16, включающую в себя узел приготовления и подачи 17 либо антипирена, либо антисептика, либо красящего вещества, клапан впрыска 18, трубопровод с форсунками 19, трубопроводы 20 и 21, соединяющие сушильные камеры 1 и 2 с ресивером 5, трубопровод 22 для соединения верхнего ресивера 6 с вакуумным насосом 8, блоки вентиляторов 23 и блоки калориферов 24, жалюзийные решетки 25, клапан 26 соединения шлюзовой камеры 7 с ресивером 5, краны соединения сушильных камер с атмосферой 27, кран соединения шлюзовой камеры с атмосферой 28, краны слива конденсата с сушильных камер 29.
Установка для сушки древесины работает следующим образом. Древесина, предназначенная для сушки и уложенная штабелем на передвижных тележках, расположена внутри сушильной камеры 1 (или 2). Работу установки рассмотрим на примере одной камеры, аналогично все соответствует и для второй камеры. Двери камеры 1 (или 2), быстродействующий клапан 3 (или 4), краны 27 и 29 закрыты. Включением вакуумного насоса 8 при открытом шаровом кране 9 ресиверы 5 и 6, шлюзовая камера 7 вакуумируются до заданного давления, например 0,04×105 Па, при этом клапаны 10 и 18 закрыты, клапан 26 открыт. Одновременно с вакуумным насосом 8 включаются блоки вентиляторов
23 и блоки калориферов 24. Происходит нагрев древесины до температуры 40÷50°С. При достижении данной температуры открывается быстродействующий клапан 3 (или 4), соединяющий сушильную камеру 1 (или 2) с первым ресивером 5. Происходит выравнивание давления в ресиверах 5 и 6 и в сушильной камере 1 (или 2). Затем быстродействующий клапан 3 (или 4) закрывается, клапан впрыска 14 открывается, происходит подача воды или пара температурой 90÷100°С в сушильную камеру 1 (или 2) до достижения равновесного давления насыщенного пара для данной температуры. Этим самым производится замена теплоносителя воздуха теплоемкостью Ср =1 кдж/кг град на более энергоемкий теплоноситель - водяной пар теплоемкостью Ср=2,09 кдж/кг град, что позволяет ускорить нагрев древесины, тем самым значительно сократить время сушки древесины. Подачей воды температурой 90÷100°С или пара в сушильную камеру достигается и другой эффект. При такой разнице в температурах между теплоносителем (подогретой водой или паром) и древесиной происходит конденсация паров воды на поверхности древесины с выделением скрытой теплоты парообразования r=2262,6 кдж/кг, что качественно меняет картину нагрева древесины. Наряду с ускорением нагрева древесины, вследствие конденсации паров воды на древесине, происходит диффузия (проникновение) воды в толщу древесины, тем самым производится выравнивание влажности древесины по толщине и снятие поверхностных напряжений в древесине, наличие которых при других видах сушки приводит к поверхностному растрескиванию древесины на этапе удаления свободной влаги.
После подачи подогретой воды или пара нагрев древесины посредством блоков калориферов 24 и вентиляторов 23 осуществляется дальше до заданной температуры для каждого вида древесины. При достижении заданной температуры древесины кратковременным открытием кранов 27 и 28 производится слив конденсата, образующегося на стенках сушильной камеры, краны 27 и 28 закрываются. Затем при открывании быстродействующего клапана 3 (или 4), соединяющего сушильную камеру с ресиверами 5 и 6, происходит резкий сброс давления в сушильной камере. Происходит так называемый вакуумно-импульсный отжим древесины. После выравнивания давления в сушильной камере 1 (или 2) и ресиверах 5 и 6, клапан 3 (или 4) закрывается и вновь происходит нагрев древесины до заданной температуры. И вновь проводится вакуумно-импульсный отжим древесины, который повторяется до окончания процесса удаления свободной влаги. При резком сбросе давления
в камере сушки реализуются следующие физические явления. Низкий уровень остаточного давления в сушильных камерах и высокая скорость достижения этого давления обеспечивают условия, при которых влага, находящаяся в капиллярах и межкапиллярном пространстве древесины под действием перепада давлений (давление в сушильной камере много ниже давления в капиллярах древесины) вытесняется на поверхность без фазового перехода. Этому способствуют и растворенные в воде газы, которые совершают работу расширения. Являясь более подвижными, газы первыми приходят в движение, способствуя установлению упорядоченного струйного течения в капиллярах древесины. По мере вытеснения воды давление внутри капилляров древесины поддерживается за счет процесса парообразования внутри капилляров.
По мере удаления свободной влаги из древесины глубина падения температуры в древесине снижается, повышается глубина вакуума при сообщении между собой сушильной камеры 1 (или 2) и ресиверов 5 и 6. Резкий рост глубины вакуума характеризует окончание процесса удаления свободной влаги. После этого начинается удаление связанной влаги. Удаление связанной влаги осуществляется аналогично удалению свободной влаги. Вновь отрывается клапан впрыска 14, в сушильную камеру подается вода или пар до достижения равновесного давления насыщенного пара для данной температуры, но теперь с выдержкой по времени в зависимости от древесины для снятия поверхностных напряжений и выравнивания влажности по толщине. Удаление связанной влаги производится с ростом температуры в камерах сушки и в древесине, при этом максимальная температура определяется видом древесины. По достижении заданной температуры проводят импульсно-вакуумный отжим древесины, но при этом осуществляется выдержка по времени древесины под вакуумом. Время выдержки при этом зависит от вида древесины.
По окончанию процесса сушки древесины проводят ее кондиционирование, выравнивание по влажности, как по толщине, так и по длине. Кондиционирование проводят методом «пропарки», впрыском воды температурой 90÷100°С или пара в предварительно отвакуумированный объем сушильной камеры с последующей выдержкой по времени. Количество воды либо пара и время выдержки зависят от вида и сортамента древесины. Этап кондиционирования заканчивается открытием быстродействующих клапанов 3 и 4, сбросом избыточного давления в ресивер 5.
По окончанию процесса кондиционирования производится этап пропитки древесины антисептическими, либо антипиренными, либо красящими составами открытием клапана 18 и подачей предварительно подготовленных составов в узле приготовления и подачи 17 в сушильную камеру 1 или 2.
Наличие в заявляемой установке второго ресивера позволяет уменьшить время вакуумирования ресиверов, увеличить глубину вакуума в них, что позволяет создать более глубокий импульс в сушильных камерах, тем самым снизить энергозатраты, уменьшить время и повысить качество сушки древесины, В данной установке существенно распределены роли выполняемые ресиверами. Первый ресивер 5 играет роль сборщика-конденсата паро-капельной среды, удаляемой из сушильных камер древесины посредством открытия быстродействующих клапанов. Выполнение ресиверов 5 и 6 в виде одинаковых камер, расположение второго ресивера вертикально над первым и подключение вакуумного насоса 8 к верхней точке второго ресивера 6 резко уменьшают попадание паро-капельной среды в верхний ресивер 6 вследствие осаждения (конденсации) паро-капельной среды удаляемой из камер сушки в первом ресивере 5. При этом средняя температура откачиваемой среды снижается, снижается также нагрузка на вакуумный насос, а как следствие, уменьшается время вакуумирования ресиверов и увеличивается глубина вакуума в них, что позволяет создать более глубокий импульс в камерах сушки, от чего зависит качество и весь процесс сушки древесины. Установление винтообразных направляющих 11 на входе первого ресивера 5 осуществляется таким образом, чтобы организовать в нем направленные встречные потоки паро-капельной среды сбрасываемой из сушильных камер. Наличие винтообразных направляющих позволяет увеличить время контакта паро-капельной среды со стенками первого ресивера 5 и, тем самым, интенсифицировать процесс конденсации и улавливания воды. Организация направленных встречных потоков приводит к укрупнению капель в парогазовой среде и дальнейшему их выпадению на дно первого ресивера, что также интенсифицирует процесс конденсации воды, снижает вынос паро-капельной среды во второй ресивер, тем самым, снижая среднемассовую температуру откачиваемой среды на входе в вакуумный насос.
Работа сушильных камер 1 и 2 синхронизируется так, чтобы во время цикла нагрева древесины в камере 1, в камере 2 происходил цикл вакуумно-импульсного отжима древесины (сброс давления и вакуумирование), и наоборот.
По завершении всего процесса при закрытых быстродействующих клапанах 3 и 4 открывается кран 27, соединяющий сушильную камеру 1 (или 2) с атмосферой, создавая в камере атмосферное давление.
Образец заявляемой установки был изготовлен, прошел стадию опытно-промышленной отработки и показал высокие технико-экономические показатели при сушке древесины различных пород.
Преимущества заявляемой установки заключаются в следующем.
Под воздействием импульсного вакуума основная влага из капилляров древесины удаляется без испарения в виде мельчайших капелек. Это позволяет в несколько раз увеличить производительность сушки древесины при одновременном снижении энергоемкости процесса, существенно сократить время сушки и получить высококачественную сухую древесину без каких либо дефектов, возникающих в процессе сушки на традиционных установках.
Установка представляет собой замкнутую, экологически безопасную систему и соответствует международным стандартам по экологической безопасности ISO 9001. Обеспечивает многократное кондиционирование древесины при нагреве вследствие прохождения процесса в изолированной камере без отвода паров, что делает возможным производить сушку древесины без каких-либо дефектов.
Установка отличается высокой эффективностью, простотой монтажа и эксплуатации. Позволяет получить древесину, обладающую дополнительными свойствами такими, как огнестойкость за счет пропитки древесины антипиренами, биостойкость за счет пропитки древесины антисептическими составами, а так же позволяет получить древесину различных оттенков и цветов.
1. Установка для сушки древесины, включающая две сушильные камеры, соединенные при помощи трубопроводов с быстродействующими клапанами с первым ресивером, вакуумный насос, шлюзовую камеру, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена винтообразными направляющими, расположенными на входе первого ресивера, вторым ресивером, расположенным вертикально над первым, ресиверы, выполненные в виде двух емкостей соединены между собой хотя бы двумя трубопроводами, сушильные камеры снабжены системой подачи воды или пара и системой пропитки, а вакуумный насос подключен к верхней точке второго ресивера.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что винтообразные направляющие выполнены с возможностью направления потоков парокапельной среды, сбрасываемой из сушильных камер, навстречу друг другу.
3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что система подачи воды или пара содержит узел приготовления и подачи, клапан впрыска, трубопровод с форсунками.
4. Установка по п.3, отличающаяся тем, что система подачи воды или пара выполнена с возможностью впрыскивания и распределения парогазовой среды по объему сушильной камеры и с возможностью регулирования впрыска по времени и по расходу.
5. Установка по п.1 или 3, отличающаяся тем, что система пропитки снабжена узлом приготовления и подачи, клапаном впрыска, трубопроводом с форсунками.
6. Установка по п.1, или 3, или 5, отличающаяся тем, что система пропитки выполнена с возможностью подачи либо антипиренных, либо антисептических, либо красящих составов.
7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что система пропитки выполнена с возможностью впрыскивания и распределения антипиренных, либо антисептических, либо красящих составов по объему сушильной камеры и с возможностью регулирования впрыска их по времени и по расходу.
