Метод расчета и аппаратурное оформление вакуумно-конвективной сушки пиломатериалов

• Автор: Кайнов, Петр Александрович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 0 с. : 128 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И МЕХАНИКИ УДАЛЕНИЯ ВЛАГИ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

1.1. Анализ техники и технологии вакуумной сушки древесины.

1.2. Тепломассообмен в процессах, протекающих при

пониженном давлении среды.

1.3. Анализ исследований конвективного нагрева и сушки древесины.

1.4. Анализ исследований древесины как объекта сушки.

1.4.1. Структурносорбционные характеристики древесины

1.4.2. Движение влаги в древесине

1.4.3. Тепловые характеристики древесины

1.4.4. Внутренние напряжения в процессе сушки древесины
Выводы
Глава П. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ВАКУУМНОКОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
2.1. Физическая картина процесса
2.2. Формализация процесса
2.3. Математическое описание переноса тепла и массы при вакуумноноконвективном способе сушки пиломатериалов.
2.3.1. Математическое описание прогрева пиломатериала в среде насыщенного пара.
2.3.2. Математическое описание прогрева пиломатериала при его конвективном обтекании газообразным теплоносителем.
2.3.3. Математическое описание тепломассопереноса при понижении давления среды.
2.4. Алгоритм расчета процесса вакуумноконвективной сушки пиломатериалов.
Выводы
Глава Ш. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВАКУУМНО
КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
3.1. Описание экспериментальной установки для исследования процесса кинетики вакуумноконвективной сушки пиломатериала.
3.2. Экспериментальные исследования молярного переноса влаги в процессе вакуумной сушки древесины.
3.3. Математическое моделирование и экспериментальное исследование процессов, протекающих при вакуумноконвективной
сушке древесины.
3.4.1. Анализ адекватности математической модели реальному процессу сушки древесины.
3.4.2. Анализ результатов моделирования стадии прогрева древесины.
3.4.3. Анализ результатов моделирования стадии вакуумирования.
Выводы
Глава IV. ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
ВАКУУМНОКОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
4.1. Аппаратурное оформление вакуумноконвективной
сушки пиломатериалов.
4.2. Устройство промышленной установки ВОСК1.
4.3. Результаты испытаний сушильной камеры ВОСК1.
4.4. Анализ экономической эффективности внедрения промышленной установки ВОСК1.
Выводы
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ЛИТЕРАТУРА


Однако при контактном методе распределение влагосодержания по толщине пиломатериала неравномерно и несимметрично: в контактном слое у греющей поверхности влагосодержание на протяжении всего процесса минимально, в центральных слоях - максимально. У открытой поверхности влагосодержание ниже, чем в центральных слоях, но выше, чем в контактном слое. Такое распределение влагосодержания в процессе сушки ценных твердолиственных пород древесины может привести к нежелательным последствиям (развитие объемнонапряженного состояния). Перемещение влаги к поверхности материала обусловлено градиентами температуры и давления; градиент влагосодержания оказывает тормозящее действие []. Кроме того, использование в качестве нагревательных элементов металлических плит, обогреваемых паром, водой или электричеством, вызывает значительное увеличение трудоемкости погрузочно-разгрузочных работ. В случае использования простой и компактной конструкции нагревателя [] довольно трудно обеспечить равномерный нагрев древесины. СВЧ-нагрев осуществляется СВЧ-полем, создаваемым в объёме штабеля соответствующими генераторами. Несмотря на известные преимущества СВЧ-энергии для сушки пиломатериалов (наибольшая скорость сушки, благодаря выделению тепла во всем объёме древесины) данная технология еще не нашла широкого применения, вследствие дороговизны как самих установок, так и их эксплуатации и необходимости привлечения квалифицированного персонала для их обслуживания. КПД такой установки невелик, поэтому неизбежен большой удельный расход электроэнергии. Эксплуатация СВЧ-оборудования требует соблюдения жестких требований техники безопасности. Кроме того, при этом способе сушки не всегда удается обеспечить удовлетворительную однородность пиломатериалов по конечной влажности и довольно сложно локально контролировать текущую влажность и температуру древесины, что необходимо для управления процессом. Перспективными остаются вакуумно-диэлектрические сушильные камеры [, ], основанные на нагревании высушиваемого материала, обладающего диэлектрическими свойствами, в электрическом поле высокой частоты. Тем самым должен осуществляться равномерный по толщине прогрев материала. Однако при сушке толстых пиломатериалов (толщиной более мм) и пиломатериалов из древесины твердых пород (дуб, лиственница и др. В центральных зонах кипения не происходит, а вода движется к границе фазового превращения за счет градиента температуры. Кроме этого, большой расход электроэнергии и высокая стоимость оборудования сдерживают широкое распространение вакуумно-диэлектрических сушилок. При использовании конвективного способа подвода тепловой энергии в вакууме возможны «импульсные» режимы или сушка материала при стационарном пониженном давлении среды. При этом в качестве среды может выступать горячий воздух, перегретый пар или гидрофобная жидкость. Принцип «импульсных» режимов заложен в основу технологии вакуумно-конвективных сушильных камер []. Процесс сушки складывается из последовательно чередующихся стадий нагрева древесины и ее вакуумирования. На стадии нагрева материал обдувается горячим воздухом при атмосферном давлении. В этот период температура древесины повышается, что сопровождается испарением влаги с ее поверхности. Влажность несколько снижается. Движение влаги внутри материала проходит под действием градиента влажности. Древесину нагревают до определенной температуры, после чего начинается стадия вакуумирования, которая характеризуется интенсивным испарением влаги с поверхности материала. Температура поверхности снижается. В полостях клеток происходит вскипание воды, образовавшийся водяной пар движется к поверхности под избыточным давлением. При этом часть пара удаляется из древесины, а часть, при контакте с охлажденными поверхностными зонами конденсируется. Водяной пар, покинувший древесину, образует вокруг нее среду практически чистого насыщенного или перегретого пара. В результате этого, влага удаляется при достаточно высокой влажности поверхности и, следовательно, малом ее перепаде по толщине материала, это позволяет избежать значительных сушильных напряжений и больших остаточных деформаций [].