Способ сушки пиломатериалов

 

Способ сушки пиломатериалов может быть использован на лесопильно-деревообрабатывающих и других предприятиях для проведения высокоинтенсивной бездефектной сушки древесины. Сушка пиломатериалов осуществляется так, что температуру (t) и избыточное давление (Р) в процессе сушки устанавливают в зависимости от толщины пиломатериалов по формулам: t = t_исх - K₁ S и Р = К₂ S, где t_исх - исходная температура (t_исх = 160°С); К₁ - температурный коэффициент (К₁ = 0,6-0,8°С); S - толщина пиломатериалов, мм; К₂ - коэффициент давления (K₂ = 0,0013-0,0017 МПа). Технический результат заключается в упрощении процесса проведения сушки.

Изобретение относится к области сушки древесины и может быть использовано на лесопильно-деревообрабатывающих и других предприятиях.

Известен способ камерной сушки пиломатериалов в двухступенчатом режиме, предусматривающий использование в качестве сушильного агента - перегретого пара с температурой до 130^oC, при температуре смоченного термометра t_м = 100^oC. С первой ступени режима переходят на вторую, когда древесина достигает переходной влажности W = 20%. (Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины. Архангельск, 1985, с. 20 - 22).

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Измерение параметра t_м имеет конструктивные сложности. Так как при температуре режима свыше 100^oC конструкция традиционного психрометра, обеспечивающая смачивание марли для измерения t_м, не обеспечивает ее стабильного функционирования из-за быстрого испарения воды. Кроме того, процедура определения переходной влажности высушиваемой древесины связана с прерыванием процесса сушки. В то же время, структура двухступенчатого режима не характеризует оптимального протекания процесса сушки древесины.

Наиболее близким техническим решением является сушка древесины в автоклаве в режиме повышенного давления и температуры. Предлагается высушивать заготовки, подлежащие прессованию при температуре 130 - 150^oC и избыточном давлении 1,5 - 2,0 МПа с осциллированием градиента давления. Давление создается с помощью компрессора (Сушка древесины в автоклаве в режиме повышенного давления и температуры. Куроинова Т.К., Цыхманов Н.В., Воронин В.В., Трегубова И. З. Совершенствование сушильной техники и технологии и кооперация в производстве оборудования для сушки древесины. Тез. докл. Всесоюзной научно-технической конференции. Архангельск, 3-7 сентября 1990 г., с. 74-75).

Недостатком известного способа является сложность процесса регулирования параметров сушильного агента. Использование компрессора усложняет конструкцию сушильной установки, осцилляция давления создается с применением специальной аппаратуры для контроля и управления. Способ регулирования и поддержания режима требует экспериментального определения режимных факторов для каждого сечения и породы высушиваемых заготовок. Используемое давление в 1,5 - 2,0 МПа накладывает ограничение на размеры сушильной установки, так как стенки автоклава должны быть достаточно прочными.

Изобретение решает задачу - упрощение процесса регулирования параметров сушильного агента и предотвращение развития трещин в материале.

Технический результат заключается в упрощении процесса проведения сушки.

Для достижения указанного технического результата в способе сушки пиломатериалов, включающем сушку древесины в среде перегретого пара под давлением, согласно изобретению температуру (t) и избыточное давление (Р) устанавливают в зависимости от толщины пиломатериалов по формулам: t = t_исх - K₁ S, где t_исх - исходная температура (t_исх = 160^oC); K₁ - температурный коэффициент (K₁ = 0,6 - 0,8^oC); S - толщина пиломатериалов, мм.

P = K₂ S, где К₂ - коэффициент давления (К₂ = 0,0013 - 0,0017 МПа).

Давление в герметичной камере создается за счет испарения влаги из материала. Указанная взаимосвязь параметров (t, P, S), при которых возможно высушивание пиломатериалов без разрушения древесины (внутренние и наружные трещины), получена экспериментальным путем.

На фиг. 1 представлена графическая зависимость температуры среды, на фиг. 2 - избыточного давления от толщины высушиваемых пиломатериалов.

Статистическая обработка зависимости температуры среды от толщины пиломатериалов (фиг. 1) показала, что эта зависимость выражается уравнением Y = B₀ - B x, где Y - расчетные значения устанавливаемой температуры сушильного агента, ^oC, В₀ и В - коэффициенты уравнения регрессии, соответственно равные 160^oC и 0,7^oC; x - толщина пиломатериалов, мм.

Коэффициент B₀ выражает значения исходной температуры, которая показывает наибольшую температуру, при которой возможна бездефектная сушка пиломатериалов толщиной 25 мм при рассматриваемых условиях. Так как при увеличении толщины сортимента наибольшая возможная температура его сушки уменьшается, то коэффициент B выражает значение температурного коэффициента, численно равного 0,7^oC уменьшения температуры на каждый миллиметр толщины пиломатериалов. В результате статистической обработки зависимости избыточного давления от толщины пиломатериалов (фиг. 2) получено выражение
Y = B x,
где Y - расчетное значение устанавливаемого избыточного давления, МПа;
B - коэффициент давления, показывающий его увеличение на 0,0015 МПа на каждый миллиметр толщины древесных сортиментов при их высушивании.

В полученных формулах символы Y, В, x выражены традиционными в технике сушки обозначениями t, K₁, К₂, S. Величины допустимого отклонения коэффициентов К₁ и К₂ получены экспериментальным путем.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиски по патентам и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное решение отличается способом контроля и регулирования параметров сушильного агента. Вместо измерения и поддержания температуры по смоченному термометру и температуры сухого термометра измеряется и поддерживается давление внутри камеры и температура высушивающей среды. Сброс излишнего давления производится с помощью клапана. Регулирование температуры производится путем включения и выключения нагревателя автоматически.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Отличием заявляемого решения является использование меньшего постоянного давления, которое создается без помощи компрессора за счет испарения влаги из высушиваемого материала.

Это позволяет сделать вывод о соответствии условию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ сушки пиломатериалов осуществляется следующим образом. Высушиваемые доски загружают в сушильное устройство. В зависимости от их толщины устанавливают температуру и давление и выдерживают до высушивания. После этого пиломатериалы выгружают из сушильного устройства и выдерживают в комнатных условиях для кондиционирования.

Пример 1.

Было проведено высушивание штабеля пиломатериалов толщиной 40 мм из древесины сосны. После загрузки штабеля в сушильное устройство была установлена температура из расчета, t_исх = 160^oC, К₁ = 0,7^oC, S = 40 мм.

Т = 160^oC - 0,7^oC 40 мм = 132^oC.

Было установлено избыточное давление из расчета К₂ = 0,0015 МПа, S = 40 мм.

P = 0,0015 40 мм = 0,06 МПа.

После высушивания штабель был выгружен из сушилки и охлажден в условиях комнатной температуры. Доски штабеля подвергались визуальному осмотру, а также была произведена вырезка секций для обнаружения внешних и внутренних трещин. При осмотре штабеля обнаружено характерное для высокотемпературного режима потемнение древесины досок. Внешних и внутренних трещин в процессе сушки не образовалось.

Пример 2.

Было произведено высушивание штабеля по примеру 1. Однако температура была установлена равной t = 140^oC, а давление - P = 0,008 МПа. Вырезка секций показала наличие внутренних трещин.

Пример 3.

Было произведено высушивание штабеля по примеру 1. Однако температура была установлена равной t = 120^oC, а давление 0,04 МПа. Вырезка секций показала наличие внутренних трещин.

Увеличение температуры в сушилке сверх расчетной величины приводит к обгоранию высушиваемых досок и появлению поверхностных трещин. Меньшее значение температуры также приводит к появлению поверхностных и внутренних трещин. Увеличение избыточного давления в сушилке сверх расчетного требует использования дополнительного оборудования для его поддержания, а уменьшение приводит к уменьшению интенсивности прогрева пиломатериалов на первой стадии сушки и как следствие - появлению трещин.

Использование предлагаемого способа сушки пиломатериалов обеспечивает, по сравнению с существующими способами, следующие преимущества: упрощение процесса регулирования параметров сушильного агента, повышение надежности работы сушильной установки, сокращение затрат тепловой энергии за счет уменьшения потерь при точном поддержании режимных параметров. Проведение предлагаемого процесса сушки позволяет предотвратить развитие опасных внутренних напряжений и повысить качество сушки. Соблюдение режимных параметров требует проведения меньшего количества контрольных и управляющих операций.

Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Способ сушки пиломатериалов, включающий сушку древесины в среде перегретого пара под давлением, отличающийся тем, что температуру (t) и избыточное давление (Р) в процессе сушки устанавливают в зависимости от толщины пиломатериалов по формулам:
t = t_исх - K₁S,
где t_исх - исходная температура, t_исх = 160^oC;
K₁ - температурный коэффициент, K₁ = 0,6-0,8^oC;
S - толщина пиломатериалов, мм,
Р = K₂S,
где K₂ - коэффициент давления;
K₂ = 0,0013-0,0017 МПа.