Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние проблемы и задачи исследования 10
1.1 Прессованная древесина и ее значения при использовании в различных отраслях 10
1.2 Фильтрационный тепло - и массоперенос при сушке древесины за счет градиента внутреннего избыточного давления . 12
1.3 Анализ процесса тепло - и массопереноса при сушке прессования древесины и особенности его оптимального управления 18
1.4 Анализ современного состояния температурных данных о теплофизических свойствах натуральной и прессованной древесины 22
1.4.1 Удельная теплоемкость натуральной древесины 23
1.4.2 Коэффициенты теплопроводности натуральной древесины 26
1.4.3 Коэффициент температуропроводности древесины 36
1.5 Тепло физические свойства прессованной древесины ...38
1.6 Выводы, цель и задачи исследования 40
2 Методика и техника экспериментального исследования фильтрационного тепло - и массопереноса и теплофизические свойства натуральной и прессованной древесины 43
2.1 Исследуемые материалы и особенности замера температуры и внутреннего избыточного давления при сушке древесине 43
2.2 Методика и экспериментальные установки для исследования фильтрационного тепло - и массопереноса в процессах сушки 45
2.2.1 Методика замера температуры 47
2.2.2 Методика определения внутренних избыточных давлений 47
2.2,3 Методика измерения влагосодержания образцов древесины в процессе суш ки 49
23 Методика исследования тепло физических свойств прессованной древеси ны 51
2.3.1 Квазистационарные методы исследования теплофизических свойств прессо ванной древесины 51
а) Методика определения коэффициента теплопроводности прессованной древе сины с помощью прибора ИТ-С-400 53
б) Методика определения теплоемкости прессованной древесины с помощью при бора ИТ-С-400 57
2.3.2 Нестационарный метод исследования теплофизических свойств прессован ной древесины 60
2.4 Методика подготовки к исследованию образцов из прессованной древесины для определения коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости 68
2.5 Градуировка измерителя теплоемкости в приборе ИТ-А-400 69
2.5.1 Градуировка измерителя теплопроводности в приборе ШЧІ-400 70
2.5.2 Градуировка измерителя теплопроводности в приборе ИТ-С-400 73
2.6. Выводы 75
3 Теплофизические свойства прессованной древесины 76
3.1 Температурно - временные теплофизические характеристики прессованной древесины 76
3.2 Температурная зависимость коэффициента теплопроводности 80
3.3 Аналитический учет для расчетной практики зависимости коэффициента теплопроводности от температуры и от плотности материала 85
3.4 Температуропроводность прессованной древесины 89
3.5 Исследование по получению термостойкого теплопроводного материала из прессованной древесины и его теплофизические свойства 91
3.6 Выводы 95
4 Тепло - и массоперенос в процессе сушки прессованной древесины 97
4.1 Внешний тепло-и массоперенос в процессе сушки 98
4.2 Внутреннее тепло —и массоперенос в процессе сушки 103
4.3 Термодинамика процесса сушки древесины 115
4.4 Внутренние избыточное давление при сушке натуральной и прессованной древесины 119
4.5 Разработка режима сушки прессованной древесины с учетом внутренних избыточных давлений 124
4.6 Анализ влияния различных параметров на процесс сушки натуральной и прессованной древесины 130
4.7 Выводы 133
5 Исследование технологии высокотемпературной сушки прессованной древесины в процессе ее получения 135
5.1 Особенности высокотемпературной сушки прессованной древесины 135
5.2 Фильтрационный тепло - и массоперенос прессованной древесины в процессе ее сушки 141
5.3 Дистанционный контроль влажности при высокотемпературной сушке прессованной древесины 145
5.4 Расчет экономического эффекта от внедрения высокотемпературной сушки прессованной древесины 148
5.5 Выводы 149
Основные выводы и рекомендации 150
Литература
- Фильтрационный тепло - и массоперенос при сушке древесины за счет градиента внутреннего избыточного давления
- Методика и экспериментальные установки для исследования фильтрационного тепло - и массопереноса в процессах сушки
- Температурная зависимость коэффициента теплопроводности
- Внутренние избыточное давление при сушке натуральной и прессованной древесины
Введение к работе
Актуальность темы. Сырьем для изготовления прессованной древесины служит натуральная древесина. Ежегодно в мире заготавливается свыше 2,5 млрд.м3 древесины, в том числе в России свыше 300 млн.м3 древесины, которая является основным сырьем для многих отраслей промышленности, строительства и сельского хозяйства. Постоянно растущая потребность в древесных материалах не может быть удовлетворена только увеличением объема заготовок. Важным условием экономически выгодного использования древесины является увеличение срока ее службы, защита от биологического разрушения, возгорания и химически агрессивных сред. Все это достигается при использовании прессованной древесины (ДП), которая также существенно улучшает и природные свойства натуральной древесины. Проблема прессования древесины приобретает в настоящее время большое значение из-за заметного сокращения лесных ресурсов, влекущим за собой необходимость включения в сферу производства для получения ДП таких малоценных мягких лиственных пород как березы, осины, ольхи, тополя. Использование ДП является значительным резервом экономии цветных и черных металлов, особенно при использовании ее в машиностроении в узлах опор скольжения.
Широкое внедрение ДП сдерживается недостаточной изученностью технологии для массового производства ДП. Наиболее длительным и энергоемким процессом в технологии получения ДП является процесс ее сушки, который до настоящего времени не нашел своего теоретического и экспериментального решения. Причиной этого является также практическое отсутствие информации о тепло физических свойствах ДП, что не позволяет в ряде случаев проводить расчеты как режимов сушки ДП, так тепловые расчеты при использовании ДП в опорах скольжения.
Одним из методов интенсификации процесса сушки является использование высокотемпературного режима сушки, при котором одним из
основных параметров влияющих на тепло - и массоперенос, является градиент внутреннего избыточного давления паровоздушной смеси. Целенаправленное же решение этой проблемы невозможно без создания и использования надежных, удобных и проверенных методов исследования. Необходимы теоретические и экспериментальные исследования, которые требуют особого подхода и решения.
Таким образом, решение рассматриваемой проблемы является актуальной важной прикладной задачей, имеющей существенное значение для научного обоснования режимов сушки ДП.
Работа выполнялась в соответствии с научно — технической программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (подпрограмма «Инновация». Гос. регистр. №01.2.00108701, 2001...2003 г.г.) и по Комплексному плану научно -исследовательских работ ВГЛТА по теме «Разработка и создание диагностических систем по физико-механическим свойствам материалов, применяемых на предприятиях лесного комплекса и других отраслей промышленности». Гос. регистр. №01.2.00105347 (раздел «Реофизика модифицированной древесины »), 2001...2005 г.г.
Цель работы; заключается в обосновании и разработке технологии высокотемпературной сушки прессованной древесины в процессе ее получения.
Объекты и методы исследований. Объектом исследований явился материал из прессованной древесины. Теоретические исследования базировались на методах дифференциального и интегрального исчисления с использованием уравнений тепло - и массообмена и термодинамики. Использовались численные методы расчета параметров теплопередачи, движения, диффузии. В экспериментальных исследованиях применены методы моделирования, микроструктурного анализа материала, математической статистики и ЭВМ.
Научная новизна работы:
- разработана методика для исследования фильтрационного тепло - и
массопереноса в высокотемпературных режимах сушки ДП
отличающаяся одновременным комплексным измерением
быстроменяющихся полей потенциалов переноса;
получена математическая модель термодинамики сушки ДП отличающаяся учетом одновременного влияния на процесс сушки таких основных факторов как влажность, температура и внутреннее избыточное давление паровоздушной смеси;
получена математическая модель по расчету внутреннего массопереноса в процессе сушки ДП отличающаяся учетом изменения влажности по линейному закону;
исследованы теплофизические свойства ДП (теплоемкость, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности) и получены уравнения для их расчета отличающиеся результатами исследований в широком температурном интервале, учетом степени прессования (плотности) и направлением теплового потока относительно волокон древесины;
- предложен двухступенчатый высокотемпературный режим сушки ДП
с температурой агента первой ступени сушки 100 С, а второго 120 С
отличающийся быстрым прогревом ДП, обеспечением максимального
давления парогазовой смеси, которое способствует интенсивному
массопереносу и сокращению времени процесса сушки;
- предложен дистанционный метод контроля влажности в
высокотемпературной сушке ДП, основанный на принципе
выравнивания температуры в толще древесины в процессе ее сушки.
Значимость для теории и практики. Теоретические и
экспериментальные исследования позволили обосновать особенности тепло -и массопереноса при сушке ДП и определить оптимальные режимы ее сушки. Определены теплофизические свойства ДП и получены уравнения
для их расчета в зависимости от температуры, степени прессования (плотности) и направления теплового потока относительно волокон древесины.
Реализация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований рассмотрены, одобрены и приняты к внедрению научно-производственным центром «Восмоддрев», ООО фирма «Олми» и внедрены в учебный процесс на кафедре древесиноведения ВГЛТА.
Обоснованность и достоверность сформулированных в диссертации научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается корректностью принятых допущений при исследованиях, хорошей сходимостью теоретических выводов с результатами экспериментальных исследований, использованием современных экспериментальных методов и обработки их результатов.
Основные положения, выносимые автором на защиту;
установка и методика определения теплофизических свойств ДП в широком температурном интервале;
результаты теоретических исследований термодинамики сушки ДП учитывающие одновременное влияние на процесс сушки влажности, температуры и внутреннего избыточного давления парогазовой смеси;
аналитическая зависимость по расчету внутреннего массопереноса в процессе сушки, в которой в расчетах принято, что изменение влажности происходит по линейному закону;
- экспериментальные результаты исследований теплофизических
характеристик ДП (теплоемкости, коэффициенты теплопроводности и
температуропроводности) и полученные уравнения для их расчета;
- двухступенчатый высокотемпературный режим сушки ДП,
обеспечивающий интенсивный массоперенос и сокращение времени
процесса сушки;
- дистанционный метод контроля влажности в высокотемпературной
сушке ДП.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 3-й Российской национальной конференции по теплообмену (М.: МЭИ, 2002), на всероссийской научно-практической конференции с международным участием (Воронеж: ВГЛТА, 2004)и на ежегодных научно — технических конференциях профессорско — преподавательского состава ВГЛТА (Воронеж).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 10 научных работ (из них 3 единоличные публикации).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Она включает 168 страниц, из них 151 страницу основного текста, 26 иллюстраций, 14 таблиц, 120 наименований использованной литературы, в том числе 18 иностранных источников и 3 приложений.
Фильтрационный тепло - и массоперенос при сушке древесины за счет градиента внутреннего избыточного давления
Процесс сушки древесины - один из самых длительных и дорогих процессов во всей технологии деревообработки. Интенсифицировать процесс сушки представляется возможным за счет использования высоких температур, применения мощных источников тепла и больших скоростей теплоносителей. При этом следует также отметить, что сушка материалов является сложным нестационарным процессом тепло и - маслообмена, который, прежде всего, состоит из перемещения влаги внутри материала и испарения ее с поверхности в окружающую среду.
В работах [42,43,47] было установлено при высокоинтенсивной сушке влагоперенос осуществляется молярным переносом за счет внутреннего избыточного давления при влиянии также градиентов влагосодержания и температуры. Причем в данных работах доказано, что внутреннее избыточное давление является некоторой функцией температуры материала и расположения рассматриваемой точки в материале. Было также установлено, что внутреннее избыточное давление при интенсивной сушке возникает при температуре материала значительно ниже 100 С. В работе [47] описана закономерность молярного тепло — и массопереноса, сформулированы дополнительные уравнения переноса пара под действием градиента внутреннего избыточного давления.
Для исследования быстро переменных процессов тепло - и массопереноса, связанных с градиентом внутреннего давления, Г.А. Максимов [51] разработал методику, позволявшую одновременно фиксировать изменение полей температуры и давления. К недостаткам ее необходимо отнести низкую точность измерения. Так, для измерения температуры в материалах использовались стеклянные термометры, которые имеют значительную тепловую инерцию, что недопустимо для быстрого изменения температур. Для измерения внутреннего давления водяного пара использовались специальные U — образные дифференциальные манометры, в которых не были предусмотрены меры, исключающие погрешность от расширения воздуха в соединительных линиях измерительных схем.
В работе [41] рассмотрена высокоинтенсивная сушка древесины в расплавленном парафине при температуре 120..Л50 С. Измерение внутреннего избыточного давления, возникающего внутри древесины, производилось при помощи двух медицинских игл. Одна из них была запаяна и. замеряла давление нагреваемого воздуха в датчике давления и в соединительной линии измерительной схемы. Вторая - суммарное давление в древесине. Разность показаний соответствовала внутреннему избыточному давлению водяного пара в материале древесины, В работе было установлено, что внутреннее избыточное давление водяного пара, при сушке материалов в жидкой среде, наблюдается только при температурах материала выше 100 С и что оно не соответствует температуре насыщения. Более детальное исследование высокоинтенсивной воздушной конвективной сушки древесины впервые было проведено Г.С. Шубиным [93]. Он изучил механизм процесса тепло — и массообмена древесины с окружающей средой и разработал инженерные методы расчета длительности процесса сушки. Им проводились измерения внутреннего избыточного давления в древесине в процессе высокотемпературной камерной сушки. С этой целью была разработана схема измерения, которая несмотря на ее некоторые недостатки впоследствии была успешно использована при создании новых более точных схем измерения. В работе Г.С Шубина было установлено, что внутреннее избыточное давление при сушке древесины появляется при температуре ниже 100 С.
Изучением физических основ перемещения влаги в древесине при высокотемпературной сушке занимался А.И. Фоломин [78]. В своей работе, он все возможные движущие силы влагопереноса приводит к двум: градиенту парциального и градиенту общего давления. При рассмотрении сушки древесины в петролатуме он считал, что еще при температуре материала древесины ниже 100
С в нем может возникать давление, которое теоретически равнялось бы сумме парциального давления воздуха и при данной температуре материала. А при температурах материала больше 100 С, сушка осуществляется за счет градиента одного водяного пара. В своей работе [78] он считает, что в древесине, содержащей свободную влагу, влагосодержание материала не влияет на величину внутреннего давления. Оно в таком случае зависит только от температуры материала и соответствует температуре насыщения. При влагосодержании древесины ниже точки насыщения волокна, оно уменьшается с понижением влаго содержания. Непосредственным измерением движущей силы молярного влагопереноса в своих работах А.И.Фоломин не занимался.
Методика и экспериментальные установки для исследования фильтрационного тепло - и массопереноса в процессах сушки
Высокоинтенсивным процессам сушки характерно быстрое и непрерывное изменение локальных значений отдельных потенциалов пеоеноса. Ввиду существования тесной взаимосвязи между полями потенциалов переноса, в экспериментальном исследовании особое значение приобретает одновременная регистрация локальных значений температуры, внутреннего избыточного давления и влагосодержания образцов. Это обстоятельство придает некоторую сложность экспериментам и требует создания специальных приборов и особой методики проведения экспериментальных исследований. Для исследования нестационарных полей потенциалов переноса разрабатывалась методика, которая базировалась на ранее разработанных методиках в работах А.И.Зуева, А.А. Лисенкова, Г.А. Максимова, Г.С. Шубина, А.П. Виткевичуса и др.
Измерение температурного поля в исследуемых образцах производилось хромель-коп елевым и термопарами, которые имели диаметр 0,2 мм. Термопары заделывались в образцы древесины на глубину 30 мм согласно схемы представленной на рисунке 2.1. Показания термопар регистрировались микровольтнаноамперметром Ф - 136. Перед проведением исследований все термопары тарировались. Тарировка проводилась с помощью термостата и эталонного термометра с ценой деления ОД С. Замеры температур в исследованиях при сушке натуральной и прессованной древесины проводились через каждые 30 минут.
Другим параметром регистрируемым одновременно с изменением температуры было изменение внутреннего избыточного давления. Одной из причин возникновения градиента внутреннего избыточного давления является расширение парогазовой смеси в древесине, вследствие ее нагревания при сушке и некоторая герметичность внутренней структуры материала. Из-за очень неоднородной герметичности структуры влажной древесины, определить внутреннее избыточное давление расчетным путем практически невозможно. Непосредственное измерение основной движущей силы молярного переноса является также весьма трудной задачей. Экспериментальным измерением внутреннего избыточного давления занимались и внесли определенный вклад в методику и технику измерения Г.А.Максимов, А.И. Зуев, Г.С. Шубин, В.Н. Ослонович, А.П. Виткевичус и др.
Для измерения внутреннего избыточного давления все исследователи вынуждены создавать в материале меньшего или большего диаметра отверстия. Давление же парогазовой смеси возникает в капиллярах древесины. Такие искусственно создаваемые в древесине отверстия не воспроизводят особенностей структуры материала древесины и условий защемления жидкости, водяного пара и газа. Поэтому внутреннее давление, определяемое путем непосредственного его измерения, представляет собой среднее давление парогазовой смеси, которое релаксировалось во время ее течения до датчика по большому количеству капилляров древесины и оно фактически отражает только качественный характер эволюции поля давления внутри материала древесины. Измерение внутреннего избыточного давления сильно усложняет ограниченное и уменьшающееся количество в образце измеряемой парогазовой смеси и ее конденсация. По этим причинам, для измерения внутреннего давления при сушке в древесине нельзя использовать существующие приборы, с помощью которых определяют давление в жидких и газообразных средах, так как они конструктивно предназначены только для измерения в средах (жидкостях и газах), запас которых неограниченно велик по сравнению с емкостью измерительного прибора и соединительной линии. В связи с этим, для того, чтобы замерить в древесине давление парогазовой смеси с малым запасом, необходимо замеры проводить непосредственно на месте возникновения давлений или оно должно быть передано измерительному прибору без перемещения парогазовой смеси по соединительным линиям.
Для проведения экспериментальных исследований по определению при сушке внутренних избыточных давлений в древесине, была разработана методика, измерительная схема которой представлена на рисунке 2.2. В этой схеме в качестве датчиков использовались две медицинские инъекционные иглы длиной 50 мм, внешним диаметром 1,0 мм и внутренним 0,6 мм. Конец,одной из них был запаян для введения в измерения компенсации на расширение воздуха, а второй -учитывал суммарное давление. Разность соответствовала внутреннему избыточному давлению. Согласно этой, методики измерительным прибором служил дифференциальный U-образный манометр, заполненный бидистиллатом воды. Манометрические датчики соединялись с измерительным прибором поливиниловыми капиллярами.
Температурная зависимость коэффициента теплопроводности
Определение функции AM(t) сопряжено с дополнительными техническими трудностями. Погрешность результатов исследований возрастает с увеличением скорости нагрева образцов за счет масштабного фактора, инерционности следящей системы, изменения влажности ДП и неизбежности влагообмена ДП с окружающей средой при исследованиях зависимости Хм от температуры (особенно при t 100 С), трудности равномерного нагрева анизотропных образцов ДП и т.д. Поэтому, если в измерениях используются большие скорости нагрева образцов ДП (более 20 град/мин), то целесообразно воспользоваться расчетным способом определения значений Д О), особенно при больших температурах вблизи границы термодеструкции материала ДП. Подобное расчетное определение Ли{і) при большой скорости нагрева используемого в исследованиях прибора, несмотря на то что оно является приближенным (расчетным методом), дает большую точность, чем экспериментальное определение динамическим методом.
Расчетный способ определения зависимости AM{t) при высоких температурах исследования ДП основан на аппроксимации общей зависимости коэффициента теплопроводности по экспериментальным данным полученным при невысоких температурах и скоростях нагрева, что значительно повышает точность расчетов. Для ДП выбор аппроксимирующей функции зависит от разности между мгновенным значением влажности ДП и равновесным значением (И -И ) и требуемой точности расчета.
При незначительных изменениях влажности ДП в интервале от IVU до Wn достаточно высокую точность дает линейная аппроксимация Л = AW + В (3.4) - Коэффициенты А я В определяются из условий Л = ЛМ при W-Wu и Л = X(t, W, р) при W = Wa, которые в сочетании с уравнением дают следующую систему уравнений XU=AW„+B K=AW„ + B (3.5) Из системы уравнений (3.5) определим постоянные А И В Подставляя значення А к В в исходное уравнение (3. 4) получим где W = W(I,T) - температурно-временная зависимость влажности ДП при определении X в широком температурном интервале. Определить зависимость Л(і,т) представляется возможным, если известны функции яи(0; W{(,T) И ЯМ(Ї).
В виду того, что определение мгновенного XAI(t) и установившегося xjf) (равновесное состояние) значений теплопроводности в широком температурном интервале при W = const является проблематичным и подобные экспериментальные данные до настоящего времени по древесине и ДП отсутствуют, то ниже приведем асимптотическое определение коэффициентов теплопроводности натуральной и прессованной древесины в зависимости от температуры, влажности и плотности X = x{t,W,p). С этой целью влажная древесина рассматривается состоящей из трех составляющих: древесное сухое вещество, воды и водяного пара и воздуха. Теплофизические свойства воздуха и водяного пара достаточно хорошо изучены и довольно точные результаты теплофизических свойств данных компонентов в широком температурном интервале представлены в работах [11,40]. Справочные данные по теплопроводности воздуха и водяного пара при нормальном атмосферном давлении в интервале температур 0 г 100 С аппроксимированы методом наименьших квадратов [99]. В результате аппроксимации получены следующие линейные уравнения по зависимости коэффициента теплопроводности водяного пара и воздуха от температуры =0,01554 + 0,00008278-/ 3.7) ХвВ2й =0,02387 + 0,0000795-/ (3.8)
Для коэффициентов теплопроводности натуральной сухой древесины А.Миснаром [52] приведена следующая зависимость для температуры /=20 С W 5 0,018236+0,000185р (3.9)
В уравнении (3.9) первое слагаемое является величиной коэффициента теплопроводности воздуха, находящегося в порах древесины при температуре 20 С. Используя уравнение (3.8) и первое слагаемое уравнения (3.9) определим коэффициент теплопроводности воздуха при температуре /=0С, который содержится в порах древесины 4,Д = 0 с)=ЛвозД/ = 20 с)-0,0000795-20 = 0,018236-0,00159 = 0,01664 , Вт/м-град
Отсюда следует, что приведенные к температуре равной 0 С коэффициент теплопроводности натуральной сухой древесины ( „.=0,01664 Вт/м-град) является меньше коэффициента теплопроводности воздуха (Л„тд =0,02387 Вт/м-град) по уравнению (3.8) и больше коэффициента теплопроводности воды (Леоды =0,01554 Вт/м град) по уравнению (3.7).
Внутренние избыточное давление при сушке натуральной и прессованной древесины
Одной из основных причин возникновения в древесине внутренних избыточных давлений и их градиентов является как расширение парогазовой смеси в материале древесины, вследствие ее нагрева при сушке, так и некоторая герметичность внутренней структуры материала. Из-за очень неодинаковой герметичности структуры влажных древесных материалов, определить внутреннее избыточное давление расчетным путем не удается. Поэтому данному вопросу уделено было исключительно экспериментальное исследование.
В данном исследовании на развитие потенциалов переноса в процессе сушки сказывалось повышение температуры материала, которое вызвало интенсивное внутреннее парообразование и молярный перенос влаги к открытой поверхности материала. По приведенным графикам на рисунке 4.1 в процессе сушки березы с начальной влажностью С/вич=0,58 кг вл./кг св. (размеры экспериментальных образцов 50x50x60 мм) можно выделить три характерных периода, а именно: периоды прогрева материала, постоянной скорости и падающей скорости сушки. В данном исследовании все три периода особо четко выделяются на температурных кривых материала на графиках рисунка 4Д.
В первой стадии сушки образцов древесины происходит быстрый прогрев образцов до температур, при которых начинается интенсивное внутреннее парообразование. Температура поверхностных слоев материала почти в течение всего.процесса несколько больше, чем в центре материала. В наиболее нагретых слоях древесины к концу первого периода сушки появляется небольшое внутреннее избыточное давление. Возникает оно при температурах материала ниже температуры насыщения при данном атмосферном давлении.
Во втором периоде сушки рост температуры образцов березы стабилизируется, что связано с поглощением большого количества тепла на интенсивное внутреннее парообразование. В начале этого периода внутри образцов происходит парообразование, которое способствует быстрому росту внутреннего избыточного давления. Под действием градиента этого давления из внутренних слоев древесины начинается интенсивное удаление влаги. В начале периода постоянной скорости сушки наблюдается смыкание фронтов максимумов внутренних избыточных давлений. В середине этого периода они достигают максимальных значений, а вскоре после этого следует их медленное уменьшение.
Температура образцов в этот период сушки все время очень медленно растет, а абсолютные внутренние давления оказываются несколько больше давления одного насыщенного пара при данной температуре образца. Такая зависимость между температурой образца и внутренним давлением свидетельствует о том, что при сушке древесины происходит интенсивное внутреннее парообразование или выпаривание влаги.
Третий период сушки на температурных кривых характеризуется возрастанием температуры по всему сечению образца, до тех пор, пока температура в центре почти не сравнивается с температурой поверхностных слоев. Продолжительность этого периода для образцов оказывается довольно большой, т.к. в течение его из материала удаляется связанная влага. Кривые внутреннего избыточного давления в этом периоде сушки уменьшаются более резко, чем во втором периоде, а в его конце постепенно сглаживаются приближаясь к прямым.
Как показали данные экспериментальных исследований, длительность процесса сушки образцов зависит от сопротивления внутренней структуры древесины молярному давлению влаги [45,46]. Изучение полей внутренних избыточных давлений в древесине и их изменения при сушке позволяет сделать следующие выводы [44,45,49]:
- В процессе сушки образцов древесины в них длительное время сохраняется воздух, что приводит к повышению давления в древесине, величина которого больше, чем давление насыщенного водяного пара при соответствующей температуре. Поэтому кипение в толще материала отсутствует.
- Внутренние избыточные давления в древесине зависят от температуры, плотности, проницаемости, толщины материала и координат точки замера давления. Поэтому определить внутреннее избыточное давление в древесине косвенным путем, например, измерением температуры, невозможно. Это можно сделать только путем непосредственного его измерения,
- Выравнивание температуры по толщине заканчивается при влажности материала 3...5%. Следовательно, замеряя температуру древесины можно достаточно точно определить момент окончания процесса сушки. Последнее особенно важно при высокотемпературной промышленной сушке, так как заходить в высокотемпературную камеру для отбора проб не представляется возможным.
Отсутствие периода постоянной скорости при сушке в исследуемых образцах древесины березы свидетельствует об образовании «сухой» зоны с самого начала процесса. При сушке внутри древесины и, в частности, в «сухой» зоне возникает несколько движущих сил. Градиенты давления и влаги являются причинами переноса паровоздушной смеси к поверхности материала, а градиенты температуры - фактором, тормозящим этот перенос.
Отсюда следует, что для интенсификации сушки, в начале процесса необходимо прогревание материала древесины по всему сечению. Последнее способствует возникновению в материале избыточного давления парогазовой смеси и снижает влияние термовлагопроводности за счет уменьшения градиента температур. При этом следует отметить, что в начале прогрева древесины температура на поверхности материала оказывается значительно больше, чем внутри. По этой причине давление у поверхности также оказывается больше, чем способствует перемещению влаги внутрь материала. Большее давление парогазовой смеси у поверхности наблюдается также и после прогрева, то есть в начале сушки. Однако, перемещение влаги во внутрь древесины в этот период незначительно, так как движение влаги наружу встречает меньшее сопротивление, чем во внутрь.
Похожие диссертации на Разработка технологии высокотемпературной сушки прессованной древесины в процессе ее получения
