RU2228497C2 - Method for drying of lumbers by microwave radiation - Google Patents
Method for drying of lumbers by microwave radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2228497C2 RU2228497C2 RU2002119673/06A RU2002119673A RU2228497C2 RU 2228497 C2 RU2228497 C2 RU 2228497C2 RU 2002119673/06 A RU2002119673/06 A RU 2002119673/06A RU 2002119673 A RU2002119673 A RU 2002119673A RU 2228497 C2 RU2228497 C2 RU 2228497C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wood
- lumber
- drying
- dried
- given
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике сушки, в частности к способам сушки пиломатериалов СВЧ-энергией, и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности.The invention relates to a drying technique, in particular to methods for drying lumber with microwave energy, and can be used in the woodworking industry.
При сушке древесных материалов СВЧ-энергией в сушильную камеру с находящимся в ней сформированным штабелем пиломатериалов подают СВЧ-излучение, создаваемое СВЧ-генераторами.When drying wood materials with microwave energy, microwave radiation generated by microwave generators is fed into the drying chamber with a stack of sawn timber formed in it.
Процесс сушки осуществляется при подаче в камеру как СВЧ-излучения, так и теплоносителя. Облучение штабеля СВЧ-энергией производят равномерно и преимущественно с противолежащих боковых его сторон, при этом для повышения эффективности сушки и качества высушенного пиломатериала используют различные технологические операции и режимы управления процессом сушки. В техническом решении (см. пат. RU №2099656, кл. F 26 B 3/34, публ. 20.12.97) при сушке пиломатериалов вводят теплоноситель, направление подачи которого относительно высушиваемого штабеля изменяют на противоположное не менее 3-5 раз.The drying process is carried out when both microwave radiation and heat carrier are supplied to the chamber. Stack is irradiated with microwave energy evenly and mainly from its opposite sides, while various technological operations and drying process control modes are used to increase the drying efficiency and quality of dried lumber. In the technical solution (see Pat. RU No. 2099656, class F 26 B 3/34, publ. 12/20/97), a heat carrier is introduced when drying the sawn timber, the flow direction of which relative to the stack being dried is changed to the opposite no less than 3-5 times.
В решении (см. пат. RU №20706943, кл. F 26 В 3/347, публ. 20.12.96) сушку пиломатериалов производят в режиме дозированной подачи СВЧ-мощности с учетом мощности калорифера, обеспечивающего подачу в камеру теплоносителя.In the solution (see Pat. RU No. 20706943, class F 26 V 3/347, publ. 20.12.96), the sawn timber is dried in the mode of dosed supply of microwave power, taking into account the power of the heater, which supplies the coolant to the chamber.
Сушку древесины в соответствии с техническим решением по пат. RU №2116588, кл. F 26 В 3/347 производят в режимах влаготепловой обработки пиломатериалов в камере с учетом подачи в последнюю СВЧ-излучения и теплоносителя.Drying of wood in accordance with the technical solution according to US Pat. RU No. 2116588, class F 26 V 3/347 is produced in the modes of moisture and heat treatment of lumber in the chamber, taking into account the supply of the last microwave radiation and coolant.
Известны также технологические процессы сушки пиломатериалов СВЧ-энергии, согласно которым подачу СВЧ-излучения в камеру производят со стороны противолежащих торцов сформированного штабеля пиломатериалов. В этом случае штабель формируют путем определенной расстановки пиломатериалов (см. пат. RU №2101631, кл. F 26 B 3/347, публ. 10.01.98).There are also known technological processes of drying lumber microwave energy, according to which the supply of microwave radiation to the chamber is produced from the opposite ends of the formed stack of lumber. In this case, the stack is formed by a certain arrangement of lumber (see US Pat. RU No. 2101631, class F 26 B 3/347, publ. 10.01.98).
Однако эффективность известных технологических процессов сушки пиломатериалов СВЧ-энергией обеспечивается увеличением затратной части этих процессов за счет введения дополнительных энергоемких и материалоемких технологических операций, необходимых для СВЧ-сушки древесины без нарушения ее физико-механических свойств.However, the efficiency of the known technological processes for drying lumber with microwave energy is provided by increasing the cost of these processes due to the introduction of additional energy-intensive and material-intensive technological operations necessary for microwave drying of wood without violating its physical and mechanical properties.
При реализации известных процессов сушки древесины СВЧ-энергией используют физические явления, при которых влага в древесине перемещается от зон, более нагретых, к местам более холодным в направлении температурного градиента ΔТ, а также от мест более влажных к местам более сухим (диффузия влаги) в направлении отрицательного градиента влагосодержания ΔV, что требует создания в сушильной камере условий, которые обеспечивали бы равномерность нагрева высушиваемых пиломатериалов для исключения вероятности образования в высушиваемой древесине внутренних и внешних повреждений. Необходимость равномерного нагрева высушиваемых пиломатериалов увеличивает количество СВЧ-излучателей в камере приводит к повышению мощности используемых СВЧ-генераторов. Необходимость соблюдения условий по поддержанию высушиваемых пиломатериалов в процессе сушки в равновесном физическом состоянии по температуре и влажности, как следует из известного уровня техники, увеличивает энерго- и материалозатраты.In the implementation of the known processes of wood drying with microwave energy, physical phenomena are used in which moisture in the wood moves from zones warmer to places colder in the direction of the temperature gradient ΔТ, as well as from places wetter to places drier (moisture diffusion) in direction of the negative moisture content gradient ΔV, which requires creating conditions in the drying chamber that would ensure uniform heating of the dried lumber to eliminate the likelihood of formation in the dried wood INE internal and external damage. The need for uniform heating of the dried lumber increases the number of microwave emitters in the chamber leads to an increase in the power of the used microwave generators. The need to comply with the conditions for maintaining the dried lumber in the drying process in an equilibrium physical state in temperature and humidity, as follows from the prior art, increases energy and material costs.
Известен также способ сушки пиломатериалов (см. пат. 2061935, F 26 B 3/34, публ. 10.06.96), который выбран в качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения. В решении по пат. 2061935 сушку осуществляют путем локального подвода источников СВЧ-излучения к высушиваемому пиломатериалу с последующим их перемещением. Подвод источников излучения производят к средней по длине части высушиваемого пиломатериала с последующим периодическим перемещением источников от середины пиломатериала к его торцам, что предполагает создание в процессе сушки эффекта перемещения влаги как под действием температурного градиента ΔT, так и под действием градиента избыточного давления ΔР, при котором перемещение влаги происходит в направлении понижающегося давления, т.е. от зоны повышенного давления водяного пара, создаваемого во внутреннем объеме материала при локальном его нагреве, в зону пониженного давления. При реализации данного технического решения по сравнению с вышеуказанными техническими решениями уменьшаются энерго- и материалозатраты.There is also a method of drying lumber (see US Pat. 2061935, F 26 B 3/34, publ. 10.06.96), which is selected as the closest analogue of the claimed invention. In the decision of US Pat. 2061935 drying is carried out by local supply of microwave radiation sources to the dried lumber with their subsequent movement. The radiation sources are supplied to the middle part of the lumber being dried, followed by periodic displacement of the sources from the middle of the lumber to its ends, which implies the creation of the moisture transfer effect during drying, both under the influence of the temperature gradient ΔT and under the influence of an overpressure gradient ΔР, at which moisture moves in the direction of decreasing pressure, i.e. from the zone of increased pressure of water vapor created in the internal volume of the material when it is locally heated, to the zone of reduced pressure. When implementing this technical solution, energy and material costs are reduced compared with the above technical solutions.
Однако при осуществлении данного процесса сушки интенсивность и эффективность его технологически ограничены параметрами высушиваемых пиломатериалов по их длине и поперечному сечению, что, в частности, подтверждается приведенными в описании изобретения примерами осуществления способа, согласно которым данный процесс сушки целесообразен для стандартизированных малогабаритных пиломатериалов. Указанные обстоятельства объясняются тем, что при сушке длинномерных пиломатериалов увеличивается длина капиллярной системы волокон древесины, а следовательно, и объем содержащейся в них влаги. В результате при осуществлении известного процесса скорость перемещения более вязкой (по сравнению с вязкостью водяного пара) влаги вдоль волокон древесины в направлении от средней по длине пиломатериала зоны к его торцам под действием давления водяного пара снижается. Возможность интенсификации процесса за счет заданного по способу температурного режима нагрева до 160°С нецелесообразна, т.к. при данном температурном режиме возможно разрушение высушиваемой древесины.However, when carrying out this drying process, the intensity and efficiency are technologically limited by the parameters of the dried lumber along their length and cross-section, which, in particular, is confirmed by the examples of the method described in the description of the invention, according to which this drying process is suitable for standardized small-sized lumber. These circumstances are explained by the fact that when drying lengthy lumber, the length of the capillary system of the wood fibers increases, and therefore the volume of moisture contained in them. As a result, during the implementation of the known process, the rate of movement of more viscous (compared to the viscosity of water vapor) moisture along the wood fibers in the direction from the medium-long zone lumber to its ends under the influence of water vapor pressure is reduced. The possibility of intensifying the process due to the temperature mode specified by the method of heating to 160 ° C is impractical, because at this temperature, destruction of the dried wood is possible.
Техническая задача изобретения состояла в повышении эффективности сушки пиломатериалов за счет интенсификации процесса и улучшения качества получаемой продукции при локальном воздействии СВЧ-излучения на пиломатериалы и вне зависимости от стандартизированных длин пиломатериалов.The technical task of the invention was to increase the drying efficiency of lumber due to the intensification of the process and improve the quality of the products with local exposure to microwave radiation on lumber and regardless of the standardized lengths of lumber.
Для решения поставленной технической задачи предложен способ сушки древесины, согласно которому источники СВЧ-излучения локально подводят к высушиваемому пиломатериалу или штабелю пиломатериалов со стороны противолежащих торцов, источники излучения перемещают вдоль высушиваемого материала от торцов к средней их части по длине и при скорости, определяемой соотношением:To solve the technical problem, a method of drying wood is proposed, according to which microwave radiation sources are locally brought to the dried lumber or a stack of lumber from the opposite ends, the radiation sources are moved along the dried material from the ends to their middle part in length and at a speed determined by the ratio:
где Vф.д. - скорость фильтрации водяного пара допустимая для заданной породы древесины, см/с;where V f.d. - water vapor filtration rate permissible for a given wood species, cm / s;
Wн - заданная начальная влажность древесины, %;W n - a given initial moisture content of wood,%;
Wк - заданная конечная влажность древесины, %;W to - a given final moisture content of wood,%;
ρб - заданная базисная плотность древесины, г/см3;ρ b - a given basic density of wood, g / cm 3 ;
ν - удельный объем пара, см3/г.ν is the specific volume of steam, cm 3 / g.
при этом скорость фильтрации водяного пара для заданной породы древесины определяют из соотношения:the rate of filtration of water vapor for a given wood species is determined from the ratio:
. .
где Vmax. лам - максимальная скорость фильтрации водяного пара в заданной породе древесины при ламинарном ее течении, см/с;where V max. lam - the maximum rate of water vapor filtration in a given wood species with its laminar flow, cm / s;
k - коэффициент проницаемости древесины, см2;k is the permeability coefficient of wood, cm 2 ;
Р - давление насыщенного водяного пара при заданной максимальной температуре сушки, Па;P is the pressure of saturated water vapor at a given maximum drying temperature, Pa;
μ - динамическая вязкость пара, Па·с;μ is the dynamic viscosity of the vapor, Pa · s;
l - расстояние от торца до излучателя, см.l is the distance from the end to the emitter, see
Согласно изобретению скорость перемещения СВЧ-излучателей вдоль высушиваемых пиломатериалов регулируют.According to the invention, the speed of movement of the microwave emitters along the dried lumber is regulated.
При реализации изобретения интенсифицируется процесс сушки, улучшается качество сушки независимо от стандартизированной длины высушиваемого пиломатериала, его исходной влажности и поперечного сечения, что обеспечивается за счет создания кипящего слоя влаги, движущегося от торцов высушиваемых пиломатериалов в направлении их центральной по длине зоны. Условие перемещения кипящего слоя влаги достигается заявляемым размещением источников локального СВЧ-излучения и задаваемым скоростным режимом их перемещения, учитывающего исходную и конечную влажности высушиваемых пород пиломатериалов. Возникающее в процессе сушки направление движения кипящего слоя влаги от торцов к центральной по длине зоне высушиваемых пиломатериалов создает оптимальные режимы давления и температуры в зоне внутреннего объема пиломатериалов. Одновременно при повышении давления водяных паров в локальной зоне нагрева пиломатериала увеличивается и их объемное испарение через капиллярную систему древесины и преимущественно в направлении торцов пиломатериалов. Удаление части влаги в виде пара через свободную от влаги капиллярную систему древесины обеспечивает ее “пропаривание”, т.е. режим влаготепловой обработки, при которой происходит снятие остаточных напряжений, а следовательно, уменьшается проявление внутренних и внешних повреждений в пиломатериале, улучшается качество получаемой продукции.When implementing the invention, the drying process is intensified, the drying quality is improved regardless of the standardized length of the dried lumber, its initial moisture content and cross section, which is ensured by the creation of a fluidized layer of moisture moving from the ends of the dried lumber in the direction of their center along the length of the zone. The condition for moving the fluidized bed of moisture is achieved by the claimed location of the sources of local microwave radiation and a preset speed regime for their movement, taking into account the initial and final humidity of the dried sawn timber. The direction of motion of the fluidized bed of moisture arising during the drying process from the ends to the central along the length of the zone of the dried lumber creates optimal pressure and temperature conditions in the zone of the internal volume of the lumber. At the same time, with increasing water vapor pressure in the local sawn timber heating zone, their volumetric evaporation through the capillary system of wood also increases, and mainly in the direction of the ends of the sawn timber. Removing part of the moisture in the form of steam through the moisture-free capillary system of wood ensures its “steaming”, i.e. moisture-heat treatment mode, in which the removal of residual stresses occurs, and therefore, the manifestation of internal and external damage in the lumber is reduced, the quality of the resulting product is improved.
При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений с совокупностью признаков, аналогичных заявляемому способу сушки пиломатериалов СВЧ-энергией, что свидетельствует о наличии в заявляемом способе новизны и изобретательского уровня, соответствующих критериям изобретения. Заявляемый способ может быть реализован при использовании для его осуществления традиционного технологического оборудования, применяемого в промышленности для СВЧ-сушки древесины.In the analysis of the prior art, no technical solutions with a combination of features similar to the claimed method of drying lumber with microwave energy were revealed, which indicates the presence of novelty and inventive step in the claimed method that meet the criteria of the invention. The inventive method can be implemented using traditional technological equipment used in industry for microwave drying of wood for its implementation.
На фиг. 1 изображена схема технологического процесса СВЧ-сушки, на фиг. 2 – график для определения допустимой скорости фильтрации пара.In FIG. 1 shows a flow diagram of a microwave drying process; FIG. 2 is a graph for determining an acceptable vapor filtration rate.
Способ сушки пиломатериалов осуществляется с использованием для этих целей следующих технических средств:The method of drying lumber is carried out using for these purposes the following technical means:
- сушильной камеры, предназначенной для СВЧ-сушки и размещения в ней штабеля пиломатериалов или щети их, сформированных традиционными методами с использованием диэлектрических прокладок (древесины) или сушильной камеры для индивидуально высушиваемого пиломатериала (последнее с учетом заданных размеров камеры, параметров поперечного сечения высушиваемого пиломатериала);- a drying chamber designed for microwave drying and placing in it a stack of lumber or a brush formed using traditional methods using dielectric gaskets (wood) or a drying chamber for individually dried lumber (the latter taking into account the specified chamber dimensions and cross-sectional parameters of the dried lumber) ;
- СВЧ-излучателей, которыми оснащают сушильную камеру. Подсоединение СВЧ-излучателей к источнику СВЧ-энергии (СВЧ-генераторы) производят с использованием соответствующих средств, в частности волноводов и согласующих устройств. Наличие последних обеспечивает возможность перемещения СВЧ-излучателей, например, посредством электропривода по направляющим путям вдоль камеры (не показано).- microwave emitters, which are equipped with a drying chamber. The connection of microwave emitters to a source of microwave energy (microwave generators) is carried out using appropriate means, in particular waveguides and matching devices. The presence of the latter provides the ability to move microwave emitters, for example, by means of an electric drive along guide tracks along the chamber (not shown).
В исходном положении СВЧ-излучатели размещают в концевых зонах камеры в соответствии с ориентацией торцевых поверхностей пиломатериалов в камере. Продольные оси излучателей преимущественно ориентируют под острым углом к продольной оси пиломатериалов с вершиной угла между ними, направленной к центральной по длине пиломатериалов зоне, что способствует образованию в локальном внутреннем объеме пиломатериалов кипящего слоя параллельно к торцевым поверхностям.In the initial position, microwave emitters are placed in the end zones of the chamber in accordance with the orientation of the end surfaces of the lumber in the chamber. The longitudinal axes of the emitters are predominantly oriented at an acute angle to the longitudinal axis of the lumber with the apex of the angle between them directed towards the central zone along the length of the lumber, which contributes to the formation of a fluidized bed in the local internal volume of the lumber parallel to the end surfaces.
Для обеспечения съема влаги с торцовых поверхностей пиломатериалов, удаления влаги камера имеет традиционную систему влагосъема, включающую вентилятор и выполненные в камере щели для выхода влаги.To ensure moisture removal from the end surfaces of lumber, moisture removal, the camera has a traditional moisture removal system, including a fan and slots made in the chamber for moisture to escape.
Привод перемещения СВЧ-излучателей электрически связывают с системой поточных влагомеров, например микроволновых влагомеров марки “Микрорадар - 113” (изготовитель НПМП “Микрорадар”, г. Минск). Указанные влагомеры размещают преимущественно по всей длине камеры с выполнением электрической связи их с приводом излучателей по традиционным методам автоматизации технологического процесса.The drive for moving microwave emitters is electrically coupled to a system of in-line moisture meters, for example, microwave micrometers of the Mikroradar-113 brand (manufacturer of the NPMP Mikroradar, Minsk). These moisture meters are placed mainly along the entire length of the chamber with the implementation of their electrical connection with the drive of the emitters according to traditional methods of process automation.
Сформированный штабель или щеть пиломатериалов подают в камеру и выгружают из нее посредством, например, подвижных тележек.The formed stack or brush of lumber is fed into the chamber and unloaded from it by, for example, movable trolleys.
При подаче СВЧ-энергии через излучатели обеспечивается локальный нагрев внутреннего объема пиломатериалов. СВЧ-излучатели, расположенные со стороны противолежащих торцов пиломатериалов, встречно перемещают в направлении от торцов к центральной зоне по длине пиломатериалов и при скорости, определяемой соотношением:When microwave energy is supplied through emitters, local heating of the internal volume of lumber is provided. Microwave emitters located on the side of the opposite ends of the lumber are counter-moved in the direction from the ends to the central zone along the length of the lumber and at a speed determined by the ratio:
при этом скорость фильтрации водяного пара для заданной породы древесины определяют из соотношения:the rate of filtration of water vapor for a given wood species is determined from the ratio:
. .
При перемещении СВЧ-излучателей в указанных направлениях в локальных внутренних объемах пиломатериалов создается кипящий слой влаги, который поддерживает во внутреннем объеме пиломатериалов избыточное стабильное (по сравнению с атмосферным) давление паровоздушной смеси. Избыточное давление паровоздушной смеси обеспечивает стабильное течение водяного пара в направлении капиллярной системы древесины и преимущественно вдоль ее волокон. В этом случае происходит удаление водяного пара через свободную от влаги капиллярную систему древесины, обеспечивается влаготепловая обработка высушенных внутренних объемов древесины, что стабилизирует равновесное физическое состояние ее по температуре и влажности и уменьшает снижение прочностных характеристик.When moving microwave emitters in the indicated directions in the local internal volumes of lumber, a fluidized layer of moisture is created that maintains an excess stable (compared to atmospheric) pressure of the vapor-air mixture in the internal volume of lumber. The excess pressure of the vapor-air mixture provides a stable flow of water vapor in the direction of the capillary system of wood and mainly along its fibers. In this case, water vapor is removed through the moisture-free capillary system of wood, moisture and heat treatment of the dried internal volumes of wood is provided, which stabilizes its equilibrium physical state in temperature and humidity and reduces the decrease in strength characteristics.
При подборе и выборе технологического режима скоростного перемещения СВЧ-излучателей по соотношениям (1) и (2) принимались во внимание известные в теории сушки древесины положения:When selecting and selecting the technological regime of the high-speed movement of microwave emitters according to the relations (1) and (2), the following points were known in the theory of wood drying:
- по расчету массы (М) влаги, удаляемой при сушке из 1 м3 древесины с учетом Wн - исходной начальной влажности древесины (до сушки); Wк - задаваемой конечной влажности древесины (после сушки) и средних показателей плотности (ρб) древесины (при ориентировочной исходной влажности) с учетом зависимости:- according to the calculation of the mass (M) of moisture removed during drying from 1 m 3 of wood, taking into account W n - the initial initial moisture content of the wood (before drying); W to - the specified final moisture content of the wood (after drying) and the average density (ρ b ) of the wood (with an estimated initial moisture content), taking into account the dependence:
М=ρб(Wн-Wк)/100 (кг/м3),M = ρ b (W n -W k ) / 100 (kg / m 3 ),
где Wн - исходная начальная влажность древесины, задается по справочным данным для данной высушиваемой породы древесины, %;where W n - the initial initial moisture content of the wood, is set according to the reference data for this dried wood species,%;
Wк - конечная влажность древесины, задается с учетом технологических требований, предъявляемых к высушенной продукции, %;W to - the final moisture content of the wood, is set taking into account the technological requirements for dried products,%;
ρб - базисная плотность древесины, задается по справочным данным для соответствующей породы древесины или рассчитывается по известной в теории сушки зависимости ρб=G/V (кг/м3),ρ b is the basic density of wood, is set according to reference data for the corresponding wood species or is calculated according to the dependence ρ b = G / V (kg / m 3 ) known in the theory of drying,
где G - масса древесины (образца) в абсолютно сухом состоянии;where G is the mass of wood (sample) in an absolutely dry state;
V - объем образца древесины при влажности более 30%;V is the volume of the wood sample at a moisture content of more than 30%;
- по оценке влияния процесса сушки древесины на ее механические свойства (относительные прочностные показатели на сжатие и растяжение вдоль волокон) в зависимости от температуры (°С) нагревания и времени сушки (час). Учитывалось (см., например, кн. Кречетов И.В. “Сушка и защита древесины”, М.: Лесная промышленность, 1975 г., стр. 78, рис. 31), что прочностные показатели (указанные выше) древесины при температурном воздействии на нее до 120°С и времени сушки в пределах не более 6 час соответствуют технологическим нормам сушки для различных пород древесины;- by assessing the influence of the drying process of wood on its mechanical properties (relative strength indicators for compression and tension along the fibers) depending on the temperature (° C) of heating and drying time (hour). It was taken into account (see, for example, Prince IV Krechetov, “Drying and Wood Protection”, Moscow: Forestry, 1975, p. 78, Fig. 31), that the strength indices (indicated above) of wood at temperature exposure to it up to 120 ° С and drying time within no more than 6 hours correspond to the technological norms of drying for various wood species;
- по оценке способности пористой среды пропускать жидкость, что характеризует проницаемость древесины и по закону А. Дарси определяется из зависимости Q=kS Δp/μl (3), где Δp - разность давления на концах образца; S - площадь поперечного сечения образца; μ - вязкость жидкости; k - коэффициент проницаемости образца; l - длина образца. При соответствующих преобразований соотношение (3) имеет вид: U=Q/S, из которого следует, что интенсивность течения влаги в пористой среде характеризуется расходом ее на единицу площади сечения образца или скоростью фильтрации. Из ряда работ известно (см., например, кн. Оснач Н.Ф. “Проницаемость и проводимость древесины”, М.: Лесная промышленность, 1964 г., с. 182), что скорость фильтрационного потока вдоль волокон древесины находится в пределах 0,5...8 см/с, что соответствует максимальной скорости фильтрации водяного пара в заданной породе древесины при ламинарном ее течении (Vmax.лам);- by assessing the ability of a porous medium to pass liquid, which characterizes the permeability of wood and according to the law A. Darcy is determined from the dependence Q = kS Δp / μl (3), where Δp is the pressure difference at the ends of the sample; S is the cross-sectional area of the sample; μ is the viscosity of the liquid; k is the coefficient of permeability of the sample; l is the length of the sample. Under appropriate transformations, relation (3) has the form: U = Q / S, from which it follows that the intensity of the moisture flow in a porous medium is characterized by its consumption per unit cross-sectional area of the sample or the filtration rate. From a number of works it is known (see, for example, Prince Osnach N.F. “Permeability and conductivity of wood”, M .: Forest industry, 1964, p. 182) that the filtration flow rate along the wood fibers is within 0 , 5 ... 8 cm / s, which corresponds to the maximum rate of water vapor filtration in a given wood species during its laminar flow (V max. Lam );
- по определению необходимой удельной мощности СВЧ-энергии, затрачиваемой на сушку пиломатериалов от исходной начальной влажности до конечной заданной, с учетом заданной температуры сушки, удельной плотности породы древесины и скорости подачи (Vпод) СВЧ-излучения. Для того чтобы обеспечить данную скорость сушки, удельную СВЧ-мощность (Вт/см2) определяют по формуле:- to determine the required specific power of microwave energy spent on drying lumber from the initial initial moisture content to the final specified, taking into account the set drying temperature, specific density of wood and the feed rate (V under ) of microwave radiation. In order to provide this drying speed, the specific microwave power (W / cm 2 ) is determined by the formula:
, ,
где Cд - теплоемкость абсолютно сухой древесины, Дж/г·град;where C d - the heat capacity of absolutely dry wood, J / g · deg;
Cв - теплоемкость воды, Дж/г·град;C in - heat capacity of water, J / g · deg;
r - скрытая теплота парообразования, Дж/г;r is the latent heat of vaporization, J / g;
tc - заданная температура сушки древесины, °С;t c - set temperature of wood drying, ° С;
tн - начальная температура влажной древесины, °С.t n - the initial temperature of wet wood, ° C.
Для подтверждения оптимальности соотношений (1 и 2) с учетом заявляемого направлениям перемещения СВЧ-излучателей была проведена экспериментальная проверка по сушке пиломатериалов соответственно при длине их от 1 до 6 м.To confirm the optimality of the ratios (1 and 2), taking into account the claimed directions of movement of the microwave emitters, an experimental check was carried out on drying the lumber, respectively, with a length of 1 to 6 m.
При проведении исследований для сушки были выбраны сосновые пиломатериалы, наиболее традиционные для изготовления различной пилопродукции.During the research, pine lumber, the most traditional for the manufacture of various lumber products, was selected for drying.
С учетом выбранной породы древесины по справочным данным были определены следующие основные показатели:Based on the selected wood species, the following key indicators were determined from the reference data:
ρб - заданная базисная плотность древесины, 0,42 г/см3;ρ b - a given basic density of wood, 0.42 g / cm 3 ;
ν - удельный объем пара - 1675 см3/г;ν - specific volume of steam - 1675 cm 3 / g;
Сд - теплоемкость абсолютно сухой древесины (не более 10% влажности) - 1,6 Дж/г·град;C d - the heat capacity of absolutely dry wood (not more than 10% humidity) - 1.6 J / g · deg;
Св - теплоемкость воды - 4,18 Дж/г·град;C in - heat capacity of water - 4.18 J / g · deg;
r - скрытая теплота парообразования - 2260 Дж/г.r is the latent heat of vaporization - 2260 J / g.
С учетом выбранных для проведения исследований по сушке пиломатериалов были определены и заданы следующие данные:Based on the lumber selected for the research on drying, the following data were determined and set:
Wн - начальная влажность древесины - 80%;W n - initial wood moisture - 80%;
Wк - заданная конечная влажность древесины - 10%;W to - a given final moisture content of wood - 10%;
tн - начальная температура влажной древесины - 20°С;t n - the initial temperature of wet wood - 20 ° C;
tc - температура сушки древесины, не менее 100°С;t c - wood drying temperature, not less than 100 ° С;
Vф.д. - скорость фильтрации водяного пара, допустимая для заданной породы древесины, равна максимальной скорость фильтрации водяного пара в заданной породе древесины (сосна) при ламинарным течении (Vmax. лам). Для данной породы (сосна) древесины Vmax. лам - 8 см/с.V f.d. - the rate of water vapor filtration, permissible for a given wood species, is equal to the maximum rate of water vapor filtration in a given wood species (pine) with a laminar flow (V max. lam ). For this breed (pine) of wood V max. lamas - 8 cm / s.
Для получения более точных результатов по определению скорости фильтрации водяного пара, допустимой для конкретного (по анатомическому строению волокон древесины, ее физико-механического состояния) подлежащего СВЧ-сушки пиломатериала, используют методику определения проницаемости древесины (см. кн. Харук Е.В. “Проницаемость древесины некоторых хвойных пород”, Красноярск, 1969 г., с. 10-16). При использовании данной методики посредством стандартизированного прибора (ГОСТ 6336-52) определяют коэффициент (k) проницаемости заданного по длине (1) образца для данной породы древесины. С учетом выбранного образца древесины и его коэффициента проницаемости по соотношению (2) определяют максимальную скорость фильтрации водяного пара при ламинарном течении для заданной температуры сушки. Исследованиями установлено, что для породы древесины сосна Vmax.лам зависит как от длины высушиваемого пиломатериала, так и от максимально заданной температуры сушки, см. фиг. 2. Из приведенного на фиг. 2 графика по определению допустимой скорости фильтрации пара следует, что при максимально заданной температуре сушки, например 120°С, Vmах.лам для пиломатериалов длиной до 5,8 м соответствует 8 см/с (точка А). При увеличении длины высушиваемого материала Vmах.лам следует снижать по кривой, соответствующей максимально заданной температуре сушки. Исследованиями, в частности, установлено, что для твердолиственных пород (дуб) Vmax. лам=0,5-1 см/с.To obtain more accurate results on determining the rate of water vapor filtration, acceptable for a particular (according to the anatomical structure of the wood fibers, its physical and mechanical state) of the microwave drying of the lumber, use the methodology for determining the permeability of wood (see book. Haruk EV “ Permeability of wood of some coniferous species ”, Krasnoyarsk, 1969, p. 10-16). When using this technique, using a standardized device (GOST 6336-52) determine the coefficient (k) of permeability specified for the length (1) of the sample for a given wood species. Taking into account the selected wood sample and its permeability coefficient, the maximum filtration rate of water vapor during laminar flow for a given drying temperature is determined by relation (2). Studies have established that for wood species, pine V max.lam depends on both the length of the lumber being dried and the maximum set drying temperature, see Fig. 2. From the FIG. 2 graphs to determine the permissible rate of steam filtration follows that at the maximum specified drying temperature, for example 120 ° C, V max. Lam for lumber up to 5.8 m long corresponds to 8 cm / s (point A). As the length of the dried material increases, V max. Llam should be reduced along a curve corresponding to the maximum set drying temperature. Studies, in particular, found that for hardwood (oak) V max. lam = 0.5-1 cm / s.
После проведения исследований по сушке пиломатериалов по заявляемому способу с длиной 1, 3 и 6 м была осуществлена оценка по следующим показателям:After conducting research on drying lumber according to the claimed method with a length of 1, 3 and 6 m, an assessment was carried out according to the following indicators:
- эффективность удаления влаги из древесины. Использован весовой метод измерения пиломатериалов до сушки и после сушки с учетом сравнения полученных результатов с известным положением расчета по удалению влаги по формуле: М=ρб(Wн-Wк)/100 (кг/м3). В результате исследований установлено, что отклонение между расчетными и экспериментальными данными (по заявляемому способу) для всех высушенных пиломатериалов вне зависимости от их длин не превышает 2-5%, что свидетельствует о эффективности заявляемого процесса сушки пиломатериалов;- the effectiveness of removing moisture from wood. The weighted method for measuring lumber before drying and after drying was used, taking into account the comparison of the results obtained with the known position of the calculation for moisture removal according to the formula: M = ρ b (W n -W k ) / 100 (kg / m 3 ). As a result of research, it was found that the deviation between the calculated and experimental data (according to the claimed method) for all dried lumber, regardless of their lengths, does not exceed 2-5%, which indicates the effectiveness of the claimed process of drying lumber;
- влияние процесса сушки на механические свойства древесины (относительные прочностные показатели на сжатие и растяжение вдоль волокон). Оценка осуществлялась с использованием традиционных методов механических испытаний образцов древесины до сушки и после сушки и в соответствии с методикой определения на испытываемых образцах прочностных показателей усилий сжатия и растяжения (см. кн. Перелыгин А.М. “Древесиноведение”, М.: Лесная промышленность, 1964 г., с. 123-128). Полученные результаты по определению прочностных показателей древесины сравнивались со справочными данными аналогичных показателей для заданной породы древесины (сосна) соответственно при влажности древесины более 30% и высушенной древесины (влажность не более 15%) (см. книгу “Древесиноведение”, с. 126, табл. 23 (прочность древесины при растяжении вдоль волокон) и с. 129, табл. 124 (прочность древесины при сжатии)). Результатами исследований установлено, что отклонение между расчетными и экспериментальными данными для всех высушенных пиломатериалов (по заявляемому способу) вне зависимости от их длин не превышает 5-8%, что свидетельствует о эффективности заявляемого процесса сушки пиломатериалов в части соблюдения требований к качеству получаемой продукции с учетом локального воздействия СВЧ-излучения на пиломатериалы и заданного по заявляемому способу технологических режимов.- the effect of the drying process on the mechanical properties of wood (relative strength indicators for compression and tension along the fibers). The assessment was carried out using traditional methods of mechanical testing of wood samples before drying and after drying and in accordance with the methodology for determining the strength indices of compressive and tensile forces on test specimens (see book A. Perelygin AM “Wood science”, M .: Forest industry, 1964, p. 123-128). The results obtained by determining the strength parameters of wood were compared with reference data of similar indicators for a given wood species (pine), respectively, with wood moisture content of more than 30% and dried wood (moisture content of not more than 15%) (see the book “Wood Science”, p. 126, table. .23 (tensile strength of wood along the fibers) and p. 129, Table 124 (compressive strength of wood)). The research results found that the deviation between the calculated and experimental data for all dried lumber (according to the present method), regardless of their lengths, does not exceed 5-8%, which indicates the effectiveness of the claimed process of drying lumber in terms of compliance with the requirements for the quality of the resulting product, taking into account local exposure to microwave radiation on lumber and specified according to the claimed method of technological modes.
Для иллюстративности заявляемого способа приведен пример 1 по его осуществлению, также пример 2 (сравнительный). При осуществлении процесса сушки в соответствии с примерами 1 и 2 был использован сосновый пиломатериал длиной 6 м с начальной влажностью 80%, начальная температура 20°С.For illustrative purposes of the proposed method, example 1 for its implementation, also example 2 (comparative) is given. When carrying out the drying process in accordance with examples 1 and 2, pine lumber 6 m long with an initial humidity of 80% and an initial temperature of 20 ° C were used.
По заданным выше исходным данным была определена скорость перемещения СВЧ-излучателей:According to the initial data set above, the speed of movement of the microwave emitters was determined:
С учетом длины высушиваемых пиломатериалов определялось время сушки:Taking into account the length of the dried lumber, the drying time was determined:
и удельная СВЧ-мощностьand specific microwave power
Процесс сушки пиломатериалов в соответствии с примерами 1 и 2 осуществлялся с учетом приведенных выше скоростного режима перемещения СВЧ-излучателей, времени сушки и подводимой удельной СВЧ-мощности.The drying process of lumber in accordance with examples 1 and 2 was carried out taking into account the above-mentioned high-speed regime of movement of microwave emitters, drying time and supplied specific microwave power.
При сушке пиломатериалов в соответствии с примером 2 направление перемещения СВЧ-излучателей осуществлялось от центральной по длине пиломатериалов зоны к их торцам, т.е. в соответствии с решением по пат. 2061935.When drying lumber in accordance with Example 2, the direction of movement of the microwave emitters was carried out from the central zone along the length of the lumber to their ends, i.e. in accordance with the decision of US Pat. 2061935.
В результате сушки пиломатериалов по примерам 1 и 2 получены следующие показатели:As a result of drying lumber in examples 1 and 2, the following indicators were obtained:
Конечная влажность высушенного материала:The final moisture content of the dried material:
Пример 1 - 9,5-11,3% (по всей длине).Example 1 - 9.5-11.3% (over the entire length).
Пример 2 - 25...35% (на участках длиной 1,0...1,5 м от торцов).Example 2 - 25 ... 35% (in areas with a length of 1.0 ... 1.5 m from the ends).
Механическая прочность (образца 20×20×20 (мм) - пример 1) на растяжение - 960 кг/см2, на сжатие - 390 кг/см2. Данные показатели отличаются от справочных на 5-8%.Mechanical strength (
Механическая прочность древесины по примеру 2 с учетом ее показателей по влажности не оценивалась.The mechanical strength of the wood according to example 2, taking into account its moisture content, was not evaluated.
Время сушки (по примерам 1 и 2) расчетное, т.е. удовлетворяет требованиям технологических норм сушки (не более 6 час).Drying time (according to examples 1 and 2) is calculated, i.e. satisfies the requirements of technological norms of drying (no more than 6 hours).
При визуальном осмотре древесины высушенной по примеру 1 внешних повреждений не обнаружено.When visual inspection of wood dried according to example 1, no external damage was found.
Таким образом, из полученных результатов следует, что при осуществлении заявляемого способа сушки древесины СВЧ-энергией интенсифицируется процесс при требуемом качестве получаемой продукции и вне зависимости длины высушиваемых пиломатериалов.Thus, from the results it follows that when implementing the proposed method of drying wood with microwave energy, the process is intensified with the required quality of the resulting product and regardless of the length of the dried lumber.
При реализации изобретения обеспечивается режим автоматического регулирования скоростных параметров перемещения СВЧ-излучателей вдоль высушиваемых материалов с учетом свойств последних.When implementing the invention provides a mode of automatic control of the speed parameters of the movement of microwave emitters along the dried materials, taking into account the properties of the latter.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002119673/06A RU2228497C2 (en) | 2002-07-24 | 2002-07-24 | Method for drying of lumbers by microwave radiation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002119673/06A RU2228497C2 (en) | 2002-07-24 | 2002-07-24 | Method for drying of lumbers by microwave radiation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002119673A RU2002119673A (en) | 2004-01-27 |
RU2228497C2 true RU2228497C2 (en) | 2004-05-10 |
Family
ID=32678703
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002119673/06A RU2228497C2 (en) | 2002-07-24 | 2002-07-24 | Method for drying of lumbers by microwave radiation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2228497C2 (en) |
-
2002
- 2002-07-24 RU RU2002119673/06A patent/RU2228497C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002119673A (en) | 2004-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
FI87691C (en) | Process for drying wood and wood-based products | |
Espinoza et al. | Vacuum drying of wood—state of the art | |
Gašparík et al. | Changes in temperature and moisture content in beech wood plasticized by microwave heating | |
Wiberg et al. | Heat and mass transfer during sapwood drying above the fibre saturation point | |
Zielonka et al. | Microwave drying of spruce: Moisture content, temperature, and heat energy distribution | |
Dömény et al. | Density profile and microstructural analysis of densified beech wood (Fagus sylvatica L.) plasticized by microwave treatment | |
Simo-Tagne et al. | Characterization of sorption behavior and mass transfer properties of four central africa tropical woods: Ayous, Sapele, Frake, Lotofa | |
RU2228497C2 (en) | Method for drying of lumbers by microwave radiation | |
Rezayati et al. | Influence of hydrothermal treatment on the dimensional stability of beech wood | |
Klement et al. | Determining the influence of sample thickness on the high-temperature drying of beech wood (Fagus sylvatica L.) | |
Hansson | Microwave treatment of wood | |
Listyanto et al. | Microwave and steam injection drying of CO 2 laser incised Sugi lumber | |
Gašparík et al. | Impact of plasticization by microwave heating on the total deformation of beech wood | |
Rajewska et al. | Intensification of beech wood drying process using microwaves | |
Zhang et al. | Moisture flow characteristics during radio frequency vacuum drying of thick lumber | |
He et al. | Study on dielectric properties of poplar wood over an ultra-wide frequency range | |
Sanya et al. | A new method for drying waterlogged wooden artefacts: Comparison of cyclical pressure drops with conventional methods | |
Resch | Drying of incense cedar pencil slats by microwave power | |
RU2330224C2 (en) | Method of timber drying | |
Gašparík et al. | Identification of factors influencing the maximum flexure of beech wood plasticized by microwave heating | |
Leuca et al. | The study of the drying of wood in a microwave field | |
RU2615854C1 (en) | Method for pulse lumber drying | |
Wahl et al. | Effect of heat-treatment on scattering of laser light from wood grains | |
Fleischer | Drying rates of thin sections of wood at high temperatures | |
RU2099656C1 (en) | Lumber drying method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070725 |