В останні роки у нас в країні з’являється інтерес до ще одного способу сушіння деревини – конденсаційної сушки. Деякі виробники сушильних камер почали випуск конденсаційних камер, грунтуючись на успішному досвіді зарубіжних виробників.
Видалення вологи з деревини пов’язано зі значними труднощами. Вони пояснюються відносно великою товщиною пиломатеріалів і зміною розмірів деревини при зниженні її вологості. Зміна розмірів висушеної деревини при неправильному проведенні процесу сушіння може призвести до розтріскування, викривлення та іншим дефектам сушіння. Тому завданням сушіння пиломатеріалів є рівномірне зниження вологості всієї партії, що висушується і кожної дошки окремо по її перетині і довжині при збереженні необхідної якості матеріалу.
Атмосферне сушіння
Для здійснення сушіння деревини необхідні дві умови:
- забезпечення випаровування вологи з поверхні матеріалу;
- створення умов для інтенсивного просування вологи до поверхні деревини.
Перша умова забезпечується головним чином досить низькою вологістю повітря і значною швидкістю руху повітря біля поверхні деревини. Друга умова забезпечується достатньою величиною температури і вологості висушуваного матеріалу, тобто температури і вологості агента сушіння.
Скілько існує сушіння деревини, стільки ведеться пошук найбільш простого і малозатратного способу видалення вологи з деревини. Причому простота способу сушіння повинна забезпечуватися в першу чергу простотою обслуговування сушильної камери, тобто камера повинна бути оснащена технічно нескладним і, відповідно, недорогим технологічним обладнанням.
Сьогодні в масовому сушінні пиломатеріалів найбільш поширеними способами видалення зайвої вологи з деревини є атмосферне (повітряне) і камерне сушіння. Атмосферне сушіння порівняно з камерним проходить в умовах, що мало сприяють просуванню вологи в деревині в силу низької температури і неможливості регулювання вологості повітря. Тому воно неминуче супроводжується великою небезпекою появи тріщин і значним стисненням сухої поверхні деревини.
Єдиним методом зниження небезпеки розтріскування є зменшення вентиляції штабеля, але це, викликаючи уповільнення сушіння, створює небезпеку появи грибів на вологій поверхні деревини. Хоча атмосферне сушіння і є найбільш малоенергозатратним, слід все-таки рекомендувати його як попереднє підсушування свіжозрубаної деревини, в першу чергу на великих лісопильних підприємствах з великим обсягом переробки деревини.
Камерне сушіння
При виготовленні виробів з деревини більш підходить сушіння у вигляді заготовок і пиломатеріалів в спеціальних приміщеннях – сушильних камерах, яке забезпечує необхідну кількість сухих пиломатеріалів для подальшої переробки деревини. Камерне сушіння деревини засноване на проведенні процесу при температурі і вологості повітря вище атмосферного, тобто з більшою інтенсивністю. Крім того, при камерному сушінні є можливість створити в сушильній камері необхідний рівень температури, вологості і швидкості руху повітря, що дає змогу регулювати процес залежно від властивості матеріалу і створювати найбільш сприятливі умови для його висихання.
Найпоширенішими камерними сушарками є конвективні камери. У конвективній камері передача тепла відбувається через повітря, що йде через теплообмінники, за якими проходить теплоносій (гаряча вода або перегріта пара). Сушильний агент (повітря) циркулює по камері, проходячи через сушильні штабелі з пиломатеріалами та передаючи їм теплову енергію.
Залежно від технології та стадії процесу сушіння можна змінювати параметри сушильного агента:
- зволожити за допомогою зволожуючих форсунок в камері;
- знизити вологість шляхом видалення вологого повітря через повітроводи і заміни його більш сухим;
- змінити температуру, просто знизивши її в теплообмінних калориферах;
- змінити швидкість і напрям агента за рахунок зміни частоти і напрямку обертання вентиляторів.
Камерне сушіння пиломатеріалів є дуже енергоємним технологічним процесом в лісопилянні і деревообробці. При сушінні деревини на 1 кг випареної вологи витрачається до 1000-1600 ккал (4500-7000 кДж) енергії,
Теорія конденсаційного сушіння
За останні роки у нас в країні з’явився інтерес до ще одного способу сушіння деревини – конденсаційного сушіння. Деякі виробники сушильних камер почали випуск конденсаційних камер, грунтуючись на успішному досвіді зарубіжних виробників. Правда, вони не завжди присвячують покупців в усі нюанси даного способу сушіння, в першу чергу намагаючись залучити їх високою якістю і дуже низькими енерговитратами сушки в таких камерах. Спробуємо розібратися, чи так це насправді.
Принципово конденсаційні сушильні камери не відрізняються від традиційних конвективних. Вони відносяться до одного класу – конвективні, камерні, повітряні. Агентом сушіння в них слугує нагріте вологе повітря. Основна відмінність конденсаційної камери полягає в тому, що нагріте вологе повітря не видаляється з камери, як в більшості конвективних сушильних камер, а прямує до вологовидаляючої установку, де осушується, підігрівається і знову бере участь в процесі сушіння. При цьому економиться теплова енергія, яка зазвичай витрачається на видалення з камери відпрацьованого вологого агента сушіння.
Енергоспоживання конденсаційних сушарок залежно від вологості матеріалу складає 0,25-0,45 кВт / год на 1 кг випаровуваної води і збільшується при її зниженні. Це приблизно в два рази менше витрати енергії в звичайних конвективних камерах періодичної дії.
Вологовидаляюча установка працює за принципом теплового насоса. Вентилятор переміщує повітря через випарник з системою охолодження, в якому температура повітря різко падає до точки роси. Волога, що міститься в повітрі, конденсується і видаляється з установки. При конденсації 1 кг води вивільняється 0,65 кВт теплової енергії, яка віддається охолодженому повітрю в підігрівачі. Тепло від компресора і вентилятора також підігріває зневоднене повітря. Повітря з вологовидаляючої установки знову використовується для сушіння. Цей циклічний процес повторюється до тих пір, поки деревина не буде висушена до необхідної вологості.
Типи конденсаційних камер
За принципом проведення процесу конденсаційні сушильні камери діляться на камери безперервної і періодичної дії. Конденсаційні сушильні камери безперервної дії будуються досить рідко. Для отримання достатньої циркуляції повітря в них, крім конденсатора і відповідної поверхні нагрівання опалювальних приладів, потрібно встановити вентилятори, які зазвичай розташовані в спеціальному приміщенні поряд з тунелем. Повітря відсмоктується з сирого кінця, а потім через конденсатор і опалювальні прилади підводиться до сухого кінця сушила.
Конденсаційні камери мають чотири основних конструкції:
- Камери з поверхневим конденсаційним пристроєм, розташованим, як вентилятори і опалювальні прилади, поза камерою.
- Камери з конденсаційним пристроєм, розташованим в самій камері. Вологість середовища в камері при цьому регулюється температурою води в конденсаційному пристрої, тобто швидкістю проходження води по конденсаційних трубах. Отримання достатньої циркуляції повітря в таких сушарках часто утруднено, особливо на початку процесу, коли важливо мати інтенсивну циркуляцію повітря.
- Сушильні камери з водоструминними конденсаційними пристроями, в яких водоструминні прилади розташовуються рядами уздовж бічних стін, а опалювальні прилади встановлюються під штабелями. На виході з теплообмінника нагріте повітря піднімається, йде в горизонтальному напрямку через зазори штабеля до подовжніх стін камери, де знаходяться конденсаційні пристрої, проходить через них і зменшує вміст вологи до необхідного ступеня вологості. Зневоднювачі утримують частинки води, потім повітря надходить до опалювальних приладів, нагрівається і знову піднімається. Ця конструкція має великі переваги, оскільки циркуляція повітря, температура і його вологість тут не залежать один від одного.
- Камери з конденсацією на пористих тканинах. Раніше ці сушарки облаштовувалися суцільно (стіни, стеля) з будь-якої тканини, обладнання такої сушарки виготовляли всередині будівлі. Опалювальні прилади містилися уздовж однієї стіни, а циркуляція здійснювалася штучним шляхом. Нагріте вологе повітря при зіткненні з більш холодною тканиною тут віддає частину вологи цього матеріалу, яка, в свою чергу, випаровує її зі зворотного боку в навколишнє середовище. Пізніша конструкція має жорсткі стіни, всередині на відстані 30 см від бічних стін влаштовані стінки з натягнутої тканини. Між жорсткими і тканинними стінами за допомогою вентиляторів проганяється знизу вгору холодне повітря, яке поглинає вологу, тримає в всередині сушарки на його тканинних стінах. Це повітря проходить тільки зовні тканинних стін сушарки і не стикається з висушуваним матеріалом. Циркуляція повітря в камері здійснюється вентилятором, що розташований зовні. Опалювальні прилади в такій камері розташовуються зазвичай, як їм і належить, внизу під штабелями.
Конвективні або конденсаційні?
Ефективність застосування тієї чи іншої конструкції сушильної камери залежить від цілої низки вхідних обставин. Тому одної певної думки з цього питання не може бути в принципі. Вартість споруди конвективної сушильної камери трохи нижча, ніж конденсаційної, оскільки тут відпадають витрати на дороге конденсаційне обладнання.
Зниження вологості повітря в конвективних камерах здійснюється шляхом додавання зовнішнього повітря. Завдяки цьому створюється деяка залежність від стану цього зовнішнього повітря: конденсаційні сушарки абсолютно не залежать від будь-яких зовнішніх факторів, а тому в них максимально ретельне регулювання процесу сушіння,
Конденсаційні сушарки набувають поширення в деревопереробній галузі поряд з конвективними камерами, проте в більшості випадків вони мають деякі конструктивні недоліки. Великий інтерес до конденсаційних сушарок пояснюється головним чином широко поширеною думкою про значну економічну доцільність сушіння пиломатеріалів в таких камерах. Крім того, конденсаційні сушильні камери привертають до себе увагу як сушарки, в яких можна найбільш якісно висушити деревину. Адже низькі температури середовища – це відсутність температурногої навантаження на матеріал, а отже, і відсутність напруги в деревині.
Зміна кольору деревини, причиною чого найчастіше є окислювальна реакція, особливо при високих температурах, посилюється при конвективному сушінні. Оскільки конденсаційне сушіння відбувається в умовах замкнутого процесу, тобто без постійного доступу кисню зі свіжим повітрям, то реакція зміни кольору тут пригнічується.
Волога, що випарувалася з деревини, видаляється з конденсаційної сушарки у вигляді рідини, і її кількість легко заміряти. За кількістю вилученої таким чином з деревини вологи можна з досить високою точністю визначити поточну і кінцеву вологість продукту, а на основі цих даних – розробити спосіб автоматичного контролю за процесом сушіння.
Однак при такому низькому рівні температур середовища в конденсаційних камерах не відбувається стерилізації деревини (тобто вона може бути вражена грибками), а також не знижується рівень гігроскопічності (тобто деревина легко набирає вологу з повітря і змінює свою вологість).
З огляду на те, що конденсаційний спосіб сушіння все-таки дає скорочення енерговитрат, перспективною є розробка нових конденсаційних сушильних камер з холодильними установками на холодоагенті, що дозволяє застосовувати не тільки м’які, а й нормальні режими сушіння з температурами 60-70°С. Через властивості фреону, який використовується як холодоагент, в конденсаційних камерах застосовують низькотемпературні режими сушіння з температурою 45-50°С. При підвищенні температури сушильного агента понад 45°С ККД конденсаційних сушарок знижується. Тому продуктивність їх мала – адже тривалість процесу тут в 2-3 рази більше, ніж в традиційних конвективних камерних сушарках. Крім того, необхідно також враховувати і підвищені експлуатаційні витрати конденсаційних сушарок (купівля фреону, підтримання в робочому стані устаткування для конденсації).
Конденсаційне сушіння застосовують насамперед для висушування чутливої деревини (матеріал великого перерізу, важкосохнучі сортименти твердолистяних порід), тобто тієї деревини, яка вимагає особливо ощадливого висушування. Оскільки таке висушування деревини, як правило, проводиться при низьких температурах (до +40°С), небезпека утворення тріщин і викривлення тут значно знижена. Крім цього, зменшуються дефекти поверхні, зміна забарвлення і колапс клітин.
Для малих підприємств можна рекомендувати конденсаційну сушильну камеру з невеликим об’ємом завантаження, коли необхідно забезпечити економне сушіння деревини особливо твердих листяних порід (дуб, бук, граб, ясен), – тоді це буде економічно виправданим рішенням. А ось при високих цінах на електроенергію конденсаційне сушіння вже не настільки вигідне і рентабельне.
Щодо масового сушіння пиломатеріалів, в основному хвойних порід деревини (сосна, ялина, модрина), конденсаційні сушильні камери не можуть конкурувати з конвективними, особливо при сушінні пиломатеріалів до низької кінцевої вологості деревини (8-10%). Тому ефективно використовувати конденсаційні сушильні камери на великих лісопильних підприємствах, коли потрібне сушіння великої кількості деревини хвойних порід, в першу чергу до транспортної вологості (18-20%). Також ефективно використовувати конденсаційні сушильні камери в тандемі з традиційними конвективними камерами. В цьому випадку пиломатеріали спочатку висушуються в конденсаційній камері, а потім досушують в разі потреби до експлуатаційної вологості в камері конвективного типу. При такому варіанті буде забезпечено високу якість пиломатеріалів, а витрати на сушіння будуть мінімальні.
