Закономерности усушки и усадки древесины

Усушка и обратный процесс—набухание — неотъемлемые свойства, как ограниченно набухающего коллоида и характерные ее недостатки как материала. Если искусственными приемами (нагревом, пропиткой смолами, сахаром и т.д.) снизить гигроскопичность, уменьшится ее усушка. Решение этой задачи актуально для промышленности и относится к научным проблемам крупного технико-экономического значения.

В связи с анизотропностью строения усушка неодинакова в различных направлениях: по длине волокон она наименьшая (около 0,1% при удалении из древесины всей влаги); только креневой древесине свойственна большая продольная усушка (до 5%); по направлению годовых слоев, т. е. в тангентальном направлении, усушка наибольшая, 8—12% [18]. Усушка по радиусу ствола 4,5—8%, т. е. почти в 2 раза меньше, чем по направлению годовых слоев. Древесина заболони усыхает несколько больше ядра.

Усушка по торцовой площади, а также по объему сортимента примерно равна сумме усушек по радиальному и тангентальному направлениям. Например, если усушка по тангентальному направлению 10%, а по радиальному 6%, древесина усохнет как в поперечном сечении, так и по объему примерно на 16%, независимо от формы кусков.

Величина усушки древесины по объему примерно соответствует объему испарившейся из нее связанной влаги. Так как древесина более плотных пород содержит в единице объема больше связанной влаги, она больше и усыхает. Следовательно, древесина дуба, клена, граба и т. д. характеризуется большей усушкой, чем пихты, тополя, ольхи. Как исключение из этого правила, усушка осины и липы примерно соответствует усушке дуба. Для липы характерна, кроме того, небольшая разница в величине радиальной и тангентальной усушек, вследствие чего эту древесину предпочитают при изготовлении ответственных деталей, например в модельном производстве. Наоборот, у древесины кедра и пихты мала радиальная усушка по сравнению с тангентальной.

Состояние воздуха

В технической литературе иногда вместо термина воздух применяют термин влажный воздух (humidity air — англ. или feuchte Luft —нем.). Такой термин и следуемое из него понятие нельзя считать правильными. В природе и технике воздух всегда содержит в различных количествах водяной пар. Поэтому упоминать о паре каждый раз, называя воздух «влажным», неправильно и даже противоречиво. Воздух часто бывает очень сухим, например летом в пустыне или в зимнее время в комнатах с паровым отоплением. В таких условиях принято говорить воздух сухой, а не влажный воздух сухой.

Добавление влажный будет обоснованным, когда воздух действительно влажен (состояние тумана), а в бытовых условиях — содержит избыточное количество пара, больше нормы, допустимой санитарными требованиями.

То же относится к однокомпонентному пару, когда влажным правильно называют пар, содержащий взвешенные капельки воды, а также к высушиваемому материалу, который, будучи влажным, содержит свободную влагу. Если воздух и материал не содержат влаги, их называют абсолютно сухими.

Химический состав абсолютно сухой части воздуха в природных условиях практически постоянен и составляет по объему около 21% кислорода, 78% азота и 1% инертных газов. Такой воздух по физическим свойствам близок к идеальным газам и с небольшими отклонениями, не имеющими в сушильной технике практического значения.

Давление пара

При проведении аналогичного опыта в условиях с большей температурой пара в трубке барометра значение р увеличится (на поверхности ртути должно оставаться немного воды). Такие опыты показывают на повышение давления насыщенного пара с возрастанием его температуры. При температуре пара в трубке 100° С уровень ртути в ней опустится до ее уровня в чашке барометра, так как давление пара будет равно атмосферному давлению. Этим методом изучают функциональную зависимость между указанными параметрами пара.

Давление пара, как и всякого газа, может быть выражено в паскалях. При проведении измерений и расчетов в лесосушильной технике отсчитывают давление пара от нулевого значения давлений. Иногда за начало отсчета давлений принимают избыточное против барометрического. Первое больше второго на 0,1 МПа. Например, 0,6 МПа будет соответствовать 0,5 МПа, отсчитанным по манометру на паровом котле или паропроводе.

Общие свойства пара

1. пара-теплоносителя, поступающего из котла в калорифер паровых сушильных камер для их нагревания;
2. пара, поступающего из котла в рабочее пространство сушильной камеры и добавляемого к воздуху для его увлажнения с целью образования сушильного агента;
3. пара — сушильного агента, заполняющего сушильную камеру (с вытеснением из нее воздуха) и в перегретом состоянии испаряющего из древесины влагу;
4. пара, выделяющегося из высушиваемого материала в результате испарения из него влаги;
5. пара, выделяющегося в топке из сжигаемого топлива при испарении его физической влаги, а также сгорании водорода топлива с образованием водяного пара; этот пар поступает с продуктами сгорания в сушильную камеру к материалу, создавая сушильный агент.

Характерное состояние пара — сухой насыщенный, находящийся в фазовом равновесии с водой или со льдом; сухой насыщенный пар бесцветен и прозрачен (т. е. невидим).

Каждому давлению сухого насыщенного пара соответствует определенная его температура и наоборот. В атмосферной среде и в сушильных камерах по замеренной температуре, с помощью таблиц или графиков, обычно устанавливают давление пара, а в паровых котлах и калориферах — по давлению находят температуру насыщенного пара.

Сухой насыщенный пар будет перегретым, если его нагревать при постоянном давлении. Перегретый пар любого давления способен испарять воду из материала, пока не станет насыщенным. Именно это свойство пара используется для сушки материала как в цилиндрах под избыточным давлением и в камерах при атмосферном давлении, так и на открытом воздухе. Если при постоянном давлении охлаждать безотносительно чистый перегретый пар или в смеси с воздухом, при температуре точки росы пар станет сухим насыщенным, а при дальнейшем охлаждении часть его превратится в воду в виде росы или взвешенных капелек воды диаметром 1—10 мкм. Такая конденсация находящегося в воздухе пара часто наблюдается в виде тумана в коридорах управления сушильных установок, особенно в условиях добавки холодного воздуха. Пар, содержащий капельки воды, белый (молочного цвета) непрозрачный называется влажным паром. Количество воды в нем обозначают термином влажность пара, однако более точным будет термин водность пара, поскольку сам пар является влагой, а туман (в том числе облако) представляет собой взвешенные в воздухе капельки воды, рассеивающие свет.

Физические свойства водяного пара на линии насыщения