Способы сушки древесины

• передача тепла материалу от агента, или источника тепловой энергии; это явление носит название теплообмена;
• перемещение тепла внутри материала, называемое теплопроводностью;
• испарение влаги с поверхности материала в окружающую среду — влагоотдача;
• перемещение влаги внутри материала — явление, называемое влагопереносом.

Классификация видов и способов сушки базируется на особенностях теплообмена материала с средой. По этому признаку различают четыре вида: конвективную, кондуктивную, радиационную и диэлектрическую.

Конвективная сушка основана на передаче тепла материалу путем конвекции от газообразной или жидкой среды. Основными способами конвективной сушки являются:

• газопаровая — сушка древесины нагретыми газами в специальных сушильных устройствах при атмосферном давлении;
• атмосферная — на открытых складах или под навесом без подогрева воздуха;
• жидкостная — сушка в нагретых гидрофобных жидкостях и в солевых водных растворах;
• ротационная — сушка древесины на вращающейся карусели в нагретой газовой среде с использованием центробежного эффекта;
• вакуумная — газопаровая сушка при давлении ниже атмосферного.

Диэлектрическая сушка — это сушка в электрическом поле высокой частоты; тепло материалу передается за счет диэлектрических потерь. Древесные материалы сушат преимущественно газопаровым способом. Применительно к пиломатериалам, высушиваемым в специальных камерах, этот способ получил название камерной сушки.

Большое распространение имеет атмосферная сушка пиломатериалов. Ротационная, вакуумная и диэлектрическая применяются сравнительно редко, в основном для сушки пиломатериалов. Кондуктивная имеет ограниченное применение в технологии производства фанеры. Сушка в гидрофобных жидкостях получила распространение в технологии пропитки древесины. Основное внимание уделяется изучению газопаровой и в первую очередь камерной сушки пиломатериалов.

Усушка и разбухание древесины. Плотность древесины

Увеличение линейных размеров и объема при повышении влажности называется разбуханием. Разбухание происходит при повышении влажности от 0 до 30%. Явления усушки и разбухания объясняются следующим. Поглощение древесной влаги вызывает утолщение прослоек влаги между микрофибриллами и, следовательно, увеличение размеров клеточных стенок, т.е. приводит к разбуханию. Обратный процесс — удаление связанной влаги — вызывает усушку.

Усушка и разбухание — процессы обратимые. Поэтому в дальнейшем ограничимся рассмотрением только усушки. Принято различать абсолютную и относительную усушку. Абсолютная усушка — это изменение размеров сортимента в единицах длины или объема. Относительная усушка определяется, как отношение абсолютной усушки к размеру сортимента в сыром состоянии и исчисляется в процентах. Величина усушки зависит от структурного направления, диапазона изменения влажности и породы древесины.

Влага в древесине

Полости клеток, соединенные между собой порами, образуют в древесине макрокапиллярную систему, которая хорошо проницаема для жидкостей и газов в направлении вдоль волокон и значительно меньше — поперек волокон.

Стенки клеток имеют волокнистое строение. Они формируются из отдельных волоконец — микрофибрилл ориентированных вдоль оси клетки или под небольшим углом к ней. Микрофибриллы состоят из переплетенных между собой цепных молекул целлюлозы. Между микрофибриллами размещаются другие органические вещества — гемицеллюлозы и лигнин, а также имеются свободные сообщающиеся пространства, заполненные воздухом и влагой, количество которой непостоянно. Следовательно, в стенках клеток имеется своя капиллярная система, однако более тонкая, чем макро-капиллярная.

Содержание влаги в древесине, как и других веществах, характеризуют величиной отношения массы влаги в древесине к массе древесины. Это отношение, выраженное в процентах, называют влажностью. В технологии деревообработки принято рассчитывать влажность как отношение массы влаги, содержащейся в древесине, к ее массе в абсолютно сухом состоянии.

Влага в древесине может находиться как в полостях клеток, заполняя макрокапиллярную систему, так и в их стенках. Влагу, находящуюся в полостях клеток и в пространствах между клетками, называют свободной, а в клеточных стенках — связанной или гигроскопической.

Содержание связанной влаги в древесине ограничено. Состояние, при котором стенки клеток имеют максимальную влажность при соприкосновении их с жидкой влагой, называется пределом их насыщения. Влажность предела насыщения практически не зависит от породы и составляет в среднем 30%.

Если влажность древесины, т.е. выше 30%, значит в древесине содержится свободная влага. Максимальное, содержание свободной влаги зависит от объема полостей клеток и колеблется для древесины различных пород от 60 до 250%.

Древесина растущего или свеже-срубленного дерева всегда имеет влажность выше влажности предела насыщения, т.е. она является сырой. Влажность свежесрубленной древесины зависит от породы, местоположения в стволе (ядро или заболонь) и времени года. Она колеблется в очень широких пределах. У хвойных пород влажность ядра и спелой древесины значительно ниже влажности заболони. У лиственных пород различия во влажности по сечению ствола практически не наблюдается.

Влажный воздух и его параметры

Атмосферное давление влажного воздуха равно сумме парциальных давлений сухого воздуха и водяного пара, содержащегося в воздухе. Парциальным давлением называют давление одной составляющей смеси газов.

Предположим, что из герметичного сосуда, содержащего смесь сухого воздуха и водяного пара при атмосферном давлении, каким-то образом удалили сухой воздух. Если объем сосуда при этом не изменился, то, измерив давление, мы обнаружим, что оно стало ниже первоначального. Измеренное давление и будет парциальным давлением водяного пара.

Сухой атмосферный воздух отличается постоянством своего состава и его можно рассматривать как однородный газ. Состояние однородного газа обычно определяется двумя параметрами — давлением и температурой, а при постоянном давлении — только температурой.

Содержание в воздухе водяного пара непостоянно. Поэтому состояние влажного воздуха определяется еще дополнительным параметром, характеризующим количество и состояние содержащегося в нем водяного пара. Состояние влажного воздуха в сушильной технике можно характеризовать двумя параметрами, поскольку давление остается постоянным.

К основным параметрам влажного воздуха относят его температуру, степень насыщения, влагосодержание, теплосодержание, плотность и приведенный удельный объем.

Водяной пар в воздухе обладает такими же свойствами, как и в свободном от воздуха пространстве. Как и в чистом виде, пар в воздухе может быть перегретым (ненасыщенным) и насыщенным.