Введение к работе
Актуальность темы, Разработка и внедрение энергосберегающих технологий деревообработки, обеспечивающих снижение расхода древесины, тепловой и электрической энергии при одновременном повышении качества изделий из древесины является одним из основных направлений развития отрасли.
Неотъемлемой операцией в подавляющем большинстве технологических процессов деревообработки является сушка древесины. Доля затрат энергии на сушку составляет 75-80 % от общих энергетических затрат на технологический процесс.
Существенную экономию электрической и заметную тепловой энергии, а также высокое качество высушенных пиломатериалов обеспечивает способ импульсной конвективной сушки. Особенность этого способа состоит в том, что тепловая энергия передается материалу импульсами, следующими с определенной последовательностью. Сушка проводится циклами, включающими две стадии: «импульс» и «пауза». На стадии «импульс» осуществляется интенсивная передача тепловой энергии материалу, обеспечивается максимально возможная, с точки зрения развития сушильных напряжений, скорость удаления влаги из древесины. На последующей стадии «пауза» с прекращением подачи тепловой энергии сушка продолжается за счет тепла, аккумулированного древесиной. При этом интенсифицируется внутренний перенос влаги. Влага «перекачивается» из центральных зон к поверхности и ее увлажняет. В результате существенно уменьшаются сушильные напряжения, происходит выравнивание влажности по толщине пиломатериалов. Циклы повторяются до тех пор, пока материал не достигнет требуемой конечной влажности.
Внедрение импульсной конвективной сушки обеспечивает снижение расхода электроэнергии на 50-60 %, повышение качества высушиваемого материала, упрощение системы автоматического управления процессом сушки, повышение производительности сушильного оборудования примерно на 5 %. В целом, себестоимость сушки снижается примерно на 17-24 % в зависимости от породы и толщины пиломатериалов.
Данная работа в определенной степени подводит итог научной и производственной деятельности автора по импульсной конвективной сушке пиломатериалов на первом этапе. Принцип импульсного подвода тепловой энергии был применен нами при вакуумной кондуктивной и конвективной сушке, сушке в электромагнитных полях СВЧ, показав вполне положительные результаты. Исследования в этом направлении продолжаются.
Работа посвящена исследованию процесса импульсной конвективной сушки пиломатериалов, попытке обосновать уже имеющиеся режимы, провести их корректировку, в свете вновь раскрытых закономерностей наметить пути их дальнейшего применения в промышленности.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы является разработка технологии импульсной сушки пиломатериалов и обоснование эффективности ее применения в промышленности.
Задачами настоящей работы являются:
-анализ физических явлений, имеющих место в процессе импульсной сушки; выявление особенности его протекания на стадиях «импульс» и «пауза»; изучение полей температуры и влажности материала на стадиях «импульс» и «пауза»;
анализ развития сушильных напряжений при импульсной сушке; выявление особенности их развития на стадиях «импульс-пауза»;
экспериментальное подтверждение явлений, имеющих место при импульсной сушке и выявленных при аналитическом рассмотрении процесса сушки в одном цикле;
обоснование и разработка метода расчета режимных параметров процесса импульсной сушки: продолжительности стадии «импульс» и стадии «пауза» на базе анализа развития сушильных напряжений;
разработка режимов импульсной сушки для пиломатериалов основных отечественных пород на основе расчетных данных и их проверка в условиях производства;
обоснование возможности определения влажности пиломатериалов в процессе сушки по состоянию сушильного агента;
экономическое обоснование эффективности импульсной сушки.
Объектами исследований являются пиломатериалы из древесины различных пород, в том числе мореного дуба и ряда тропических пород, физические процессы, происходящие при импульсной сушке, технология сушки и контроля влажности материала.
Предметом исследования являются механизм процесса и сушильные напряжения в пиломатериалах при импульсной сушке на стадиях «импульс» и «пауза», свойства древесины, подвергавшейся импульсной сушке, технология импульсной сушки пиломатериалов, включая режимы сушки и контроль их влажности.
Научной новизной обладают:
физическая и математическая модель процесса импульсной сушки в цикле «импульс-пауза»;
аналитическое решение уравнения влагообмена на поверхности древесины в процессе сушки, полученное независимо от коэффициентов внутреннего переноса влаги;
физико-математическая модель поля влажности в гигроскопической зоне материала в цикле «импульс-пауза» на стадии нерегулярного режима;
-уравнения для расчета полей влажности в гигроскопической зоне на стадиях «импульс» и «пауза»;
методика расчета продолжительности стадии «импульс» на базе анализа сушильных напряжений в поверхностной зоне сортимента;
методика расчета продолжительности стадии «пауза» на основе анализа внутреннего влагообмена в гигроскопической зоне;
-методика расчета эквивалентного коэффициента влагопроводности, учитывающего перенос влаги за счет градиента температуры;
- зависимость конечной влажности штабеля пиломатериалов от состоя
ния сушильного агента в конце стадии «пауза».
Практическая значимость работы. Разработаны режимы импульсной сушки пиломатериалов из древесины основных отечественных пород и ряда тропических пород (эбена, махагони, меранти, мербау, ироко).
Разработан способ определения конечной влажности пиломатериалов в штабеле по состоянию сушильного агента в конце стадии «пауза».
Внедрение режимов обеспечивает снижение расхода электроэнергии на 50...70 %, повышение качества высушиваемого материала, упрощение системы автоматического управления процессом сушки, повышение производительности сушильного оборудования примерно на 5 %, снижение себестоимости сушки на 17...24%.
Достоверность полученных результатов подтверждается:
- использованием основных положений теории тепломассопереноса в
процессах сушки древесины;
-совпадением результатов теоретических исследований с экспериментальными данными и результатами промышленного внедрения;
применением современных методов планирования эксперимента и математической обработкой их результатов;
применением современных информационных технологий при обработке экспериментальных данных.
Положения, выносимые на защиту:
физическая и математическая модель процесса импульсной сушки в цикле «импульс-пауза»;
физико-математическая модель поля влажности в гигроскопической зоне материала в цикле «импульс-пауза» на стадии нерегулярного режима;
уравнения для расчета полей влажности в гифоскопической зоне на стадиях «импульс» и «пауза»;
методика расчета продолжительности стадии «импульс» на базе анализа сушильных напряжений в поверхностной зоне сортимента;
методика расчета продолжительности стадии «пауза» на основе анализа внутреннего влагообмена в гифоскопической зоне;
способ определения конечной влажности пиломатериалов в штабеле по состоянию сушильного агента в конце стадии «пауза».
Личный вклад соискателя. Автором разработана физическая и математическая модель процесса импульсной сушки в цикле «импульс-пауза». Получено аналитическое решение уравнения влагообмена на поверхности древесины в процессе сушки, не связанное с коэффициентами внутреннего переноса влаги. Разработана физико-математическая модель поля влажности в гифоскопической зоне материала в цикле «импульс-пауза» на стадии нерегулярного режима. Получены уравнения для расчета полей влажности в гифоскопической зоне на стадиях «импульс» и «пауза».
Разработаны методики расчета продолжительности стадии «импульс» и «пауза». Разработаны режимы импульсной сушки пиломатериалов из древесины основных отечественных и ряда тропических пород.
Внедрена технология импульсной сушки на ряде предприятий лесопиль-но-деревообрабатывающих производств.
Апробация работы. Основные результаты и научные положения, изложенные в диссертационной работе, докладывались на научно-технических конференциях преподавателей и аспирантов МГУЛ (2007, 2009-2011 гг.) и IV Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии СЭТТ -2011» (Москва, 2011г.).
Реализация работы. Технология импульсной сушки пиломатериалов в настоящее время является общепринятой среди специалистов лесопильно-деревообрабатываюшей промышленности. Промышленное внедрение осуществлено на множестве деревообрабатывающих предприятий страны. Наиболее крупными являются: ООО «Гусевский леспромхоз» г. Гусь-Хрустальный; ЗАО «Тотемлес» г. Тотьма; Грибановский ДОК п. Грибановка; ООО «ВМК» г. Вязники; ООО «ФОРЕСТ 2007» г. Суземка, Брянской области; «Стройдеталь» г. Чехов; «Массив-мебель» г. Тула; «Буймебель» г. Буй, Костромской обл.; фирмах «Дубрава» г. Лобня; «KAMOIL» г. Таллин; «АМТ» п. Лесной, Мое. обл.; «Астро Трейд» г. Одинцово; ИЧП «Шалин» г. Малоярославец; ООО «Промлесторг» г. Воронеж; ООО «Термосвязь» г. Дмитров; ООО «Атон» г. Красноармейск и многие другие.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии. Диссертация изложена на 153 страницах, содержит 38 рисунков, 29 таблиц, библиографию из 86 наименований и приложения на 18 страницах.
