сколько стоит электро высушивание

Мебель своими руками: Контент / Сушка древесины / Сушка древесины

Форум мебельщиков

на Пятница 02 Ноябрь 2007 добавил: категория Понятие о сушке древесины. Выпиливаемые из сырых бревен доски и заготовки содержат по массе почти столько же влаги, сколько в них заключается древесинного вещества. Если удалить эту влагу, масса досок уменьшится почти в 2 раза, а влажность древесины будет равна нулю. Применяемый в промышленности метод теплового удаления влаги из древесины называют сушкой. Физическая сущность этого процесса заключается в том, что нагретый воздух направляют к сырому материалу, при соприкосновении с которым он отдает свое тепло, т. е. охлаждается, а влага древесины за счет воспринятого ею из воздуха тепла превращается в парообразное состояние (водяной пар) и удаляется от древесины этим же, но охладившимся воздухом. В атмосферных условиях сушка древесины (равно как и других тел почвы, растений и т. п.) происходит за счет тепла нагретого солнцем воздуха. На каждые 2500 кДж тепла превращается в пар 1 кг воды. Таким образом, воздух выполняет роль транспортного средства: он подводит к материалу тепло и в соответствующем количестве забирает и уносит из материала влагу, но уже в состоянии пара. Если принять, что в сырой (сплавной) древесине содержатся равные количества как воды, так и древесной массы, то влажность древесины равна 100%. У легких древесных пород (ель, осина и др.), долго лежавших в воде, влажность может быть 150, 200%, т. е. на 100 частей саамой древесины приходится 150, 200 частей воды, или в 1,5... 2 раза больше, чем древесной массы. Обычная влажность древесины растущего дерева (при сухопутной доставке бревен) составляет 60...80 %. Цели сушки древесины. Особенности ее влажности. Главная цель сушки древесины во всех условиях ее производственного и бытового использования заключается в превращении древесины из природного сырья в промышленный материал с коренным улучшением ее биологических, физико-механических, технологических и потребительских свойств. В процессе надлежащей сушки древесина облагораживается, становится пригодной для изготовления многообразной ценной, стабильной продукции, отвечающей непрерывно возрастающим потребительским запросам. В результате высушивания древесина приобретает стойкость против гниения, повышаются ее прочность и жесткость, возникает стабильность размеров и формы деталей и всего изделия, открывается возможность склеивания, шлифования, полирования, древесина приобретает ряд гигиенических свойств, снижаются ее теплоемкость, тепло- и электропроводность, появляются другие положительные свойства (лучшее удерживание гвоздей, выше чистота обрабатываемой поверхности и др.). Необходимо отметить очень важное влажностное состояние равновесную влажность древесины, к которой она стремится при длительном соприкосновении с окружающим воздухом постоянного состояния. Например, в комнатных условиях равновесная влажность древесины будет равна 6...8% (меньше зимой), под навесом, т. е. в более влажном воздухе 12... 18% и т. д. При таком состоянии влажность древесины становится устойчивой, следовательно, не происходит более ни усушки, ни разбухания древесины, что особенно важно для шиповых соединений изделий (различных дверок, столярных стульев, кресел, столов, шкафов и т. д.). Перед изготовлением изделий из древесины удаляют сушкой не всю влагу. В случае производства мебели и музыкальных изделий применяют древесину с остаточной влажностью 6...8%, в деревообработке влажность высушенной древесины должна быть 10... 15%, что предусматривается техническими условиями на изготовление изделий. При влажности древесины ниже 22 % она не гниет, так же как не гниет высушенная трава (сено), высушенный хлеб (сухари) и т. п. Влажность древесины 20% называется транспортной, древесина при перевозках в теплое время года не портится. Следует отметить характерную влажность древесины 30%, т. е. содержание влаги 0,3 массы самой древесины (принимаемой за 1,0), называемую пределом гигроскопичности. Требования к качеству сушки пиломатериалов. Исключительно велико значение качественной сушки древесины. Оно предопределяется необходимостью выработки предприятиями высококачественной продукции но всем показателям, а главноепо ресурсу (длительности) ее эксплуатации. При неудовлетворительном техническом состоянии сушильного оборудования, а также низком технологическом уровне эксплуатации и слабом техническом контроле сушильного производства продукцию изготавливают из недосушенной или неравномерно высушенной древесины, когда часть ее в штабелях материала оказалась просушенной в разной степени. Такая продукция (со скрытым браком по влажности) низкокачественна и мало пригодна для эффективного использования. Она ненадежна, быстро портится; для ее воспроизводства требуется повторное расходование материалов (в том числе древесины) и других средств производства. Так мебель для сидения (решетчатая), изготовленная из недосушенной древесины, приходит в негодность за 2... 4 года. Аналогичная мебель, выполненная из хорошо просушенного материала, служит 20... 40 лет и более, т. е. примерно в 10 раз дольше. Известна мебель, изготовленная из хорошо просушенной древесины, эксплуатируемая населением более 250 лет (например, в санатории Монино, домах старых городов). Используемые в жилищном строительстве щитовые двери, оконные коробки, настилы полов и перекрытия при изготовлении их из влажной, недосушенной или неравномерно просушенной древесины через некоторое время (1...2 года) рассыхаются, в них появляются щели, двери и оконные коробки перекашиваются, доски для полов и элементы перекрытия, кроме того, коробятся, штукатурка разрушается, конструктивные деревянные элементы иногда поражаются грибами. В зимнее время такое жилище продувается ветром, расходуется большое количество тепла и ухудшаются санитарно-гигиенические условия в помещениях. Вскоре после сооружения такие помещения приходится капитально ремонтировать. При появлении домовых грибов необходимо срочно перебирать деревянные конструкции и сжигать все пораженные детали, а иногда целиком постройки. Слабо контролируемый процесс сушки приводит также к значительным убыткам из-за возникновения большого коробления высушиваемого материала, растрескивания, внутренних деформаций и снижения в связи с этим точности механической его обработки. Совершенно недопустимо нарушение технологии сушки пиломатериалов досрочная выгрузка их из камер в нед осушенном состоянии. Это приводит к нерациональному ее использованию и обострению дефицитности древесины. Некачественная сушка и выпуск бракованной продукции могут остаться долгое время незамеченными, поскольку результаты дефектной сушки при отсутствии должного контроля сказываются через значительное время после выработки продукции, когда она уже некоторое время находится в эксплуатации. Сушка обходится недорого всего около 10 % стоимости высушиваемой древесины. Расходы на устройство сушильных установок за время их действия (примерно 10... 15 лет) составляют лишь 1...2% стоимости высушенной ими древесины. Защита заготовок и деталей от деформирования. В связи с необычайно большой и многообразной деформацией пиломатериалов, заготовок и деталей при их обезвоживании возникает актуальная проблема но снижению возникающих при этом потерь древесины. Возможность и эффективность решения этой технической задачи относится в первую очередь к предотвращению (или уменьшению) коробления пиломатериалов в верхних рядах сушильного штабеля, где они слабо зажаты при сушке. То же относится и к нижним рядам пиломатериалов, базируемым к неплоскому основанию штабеля, и даже по всему штабелю по высоте (см. гл. 18). Возникает также задача по совершенствованию планирования раскроя бревен с учетом неодинаковой усушки досок, выпиленных по ширине поставов, в различных участках но их объему. Существенна задача но оптимизации вырезки брусковых заготовок из различных зон бревна с учетом их будущей усушки и другие задачи по более рациональному использованию древесины. Встают также проблемы кардинального значения по снижению величины усушки древесины путем применения спе циальных режимов обезвоживания и получения без растрескивания сухих сердцевинных пиломатериалов и брусьев. Экономика массовой сушки пиломатериалов. Вырабатываемые пиломатериалы должны высушиваться на месте их выпиловки, причем немедленно и желательно в технологическом потоке лесопиления. Процесс их сушки следует рассматривать как неотъемлемую часть технологии изготовления досок и заготовок. Непросушенная древесина внутрицеховой полуфабрикат, поэтому она не может считаться материалом и тем более товарной продукцией, подлежащей реализации. Для конвективного подвода тепла к высушиваемому материалу кроме нагретого воздуха можно применять непосредственно продукты сгорания, получаемые при сжигании твердого (древесные отходы, уголь), жидкого (мазут) и газообразного (природный газ) топлива. Второй метод эффективен при массовой сушке пиломатериалов, он является доминирующим при сушке шпона и единственно желательным при высушивании частиц в производстве древесностружечных плит (ДСП). Возможные другие способы обезвоживания древесины. Подведение тепла к пиломатериалам для превращения влаги в парообразное состояние возможно также следующими способами: с горячей гидрофобной (т. е. водоотталкивающей) жидкостью, например петролатумом; твердыми телами при контакте древесины с горячей металлической поверхностью; лучистой теплотой, направленной к древесине от специальных панелей-излучателей; электрическим током, пропускаемым через влажную древесину и нагревающим ее; электромагнитным полем высокой частоты, пронизывающим и нагревающим влажную древесину. Все эти физические воздействия имеют опытное значение. Известный интерес представляют опытные методы обезвоживания древесины без превращения ее влаги в пар, т. е. без затраты тепла на парообразование: центрифугирование при больших частотах вращения образца древесины, когда ось его вращения проходит посредине его длины; частично от воздействия высокочастотного электромагнитного поля; воздействие разности потенциалов постоянного электрического тока (явление электроомоса), а также выдавливание воды (например, при лущении шпона). Сущность физико-биологической защиты древесины. Источниками биологического поражения древесины в наземных условиях являются грибы и насекомые в основном жуки и их личинки; методы защиты от них древесины в значительной мере общие. Главное внимание уделяется защите от грибов (плесень, изменение цвета древесины и затем ее разрушение гниением). Для жизнедеятельности грибов необходимы следующие условия: умеренная теплота (теплое время года или отапливаемые зимой помещения), наличие кислорода воздуха внутри древесины (полости клеток и капилляров не заполнены водой, т. е. древесина не очень влажная), умеренное количество влаги примерно 20...90% (достаточно сухая и очень влажная древесина не гниет). Поэтому способы борьбы с грибами заключаются в создании условий, неблагоприятных для их жизнедеятельности. К этим условиям относятся: низкая или повышенная (более 50 С) температура, заполнение всех полостей в древесине водой, вытесняющей воздух, значительное обезвоживание древесины (без влаги не может жить ни один организм растительного или животного происхождения). Физические методы защиты древесины. Сушка наиболее простои, дешевый и достаточно надежный метод защиты древесины от поражения грибами. Следует отметить, что при сушке нормальными режимами (температура выше 60 С) происходит также стерилизация древесины от насекомых. При нагреве уничтожаются личинки, куколки и сами насекомые, поражающие древесину. Для действенности этого метода необходимо предохранять высушенную древесину от повторного увлажнения. Применяется также методика защиты древесины от гниения путем задержки проникновения в нее воздуха. Это достигается предотвращением высыхания влажной древесины (замазкой торцов круглых лесоматериалов смолой, созданием влажной окружающей среды, например путем плотной укладки круглых лесоматериалов при сниженной, задерживаемой, вентиляции воздуха и т. п.). Более надежно доувлажнение древесины посредством искусственного дождевания штабелей круглых сортиментов. Еще более эффективен метод защиты затоплением древесины в бассейне (пойме реки). Жизнедеятельность грибов резко сокращается при температуре ниже 5 С, приостанавливается при близкой к нулевой и прекращается при отрицательной температуре. Поэтому эффективен метод хранения древесины (как и многих органических продуктов) замораживанием. Древесину, например фанерные чураки, укладывают в поленницы, засыпают снегом, заливают холодной замерзающей водой, теплоизолируют и сохраняют в таком состоянии, постепенно расходуя чураки, примерно до середины лета. Химическая защита древесины. Для защиты древесины, подвергающейся повторному увлажнению от гниения, ее пропитывают антисептиками веществами, ядовитыми для грибов. С учетом различных древесных сортиментов, целей их пропитки, разнообразных условий эксплуатации древесины, требуемой степени ее защищенности применяют различные антисептики, разные методы и режимы пропитки, регламентируемые ГОСТами. Кроме того, необходима защита древесины от насекомых и от возгорания. В лесопильном производстве возникает опасность поражения древесины грибами в следующих случаях: при сплаве бревен в надводной части плотов, частично омываемых водой; после выкатки бревен из воды в теплое время года в штабелях бревен; после распиловки бревен в штабелях пиломатериалов; при транспортировке и последующем хранении. Поэтому после распиловки необходимо немедленное высушивание досок в весенне-летнее время. Перед сушкой их антисептируют кратковременным погружением для смачивания в раствор химиката. В процессах деревообработки пропитке химикатами подвергают лишь те элементы изготавливаемой сухой пилопродукции, в частности деревянных домов, которые в последующих условиях эксплуатации могут увлажняться и, следовательно, подвергаться загниванию. Особая значимость защиты древесины в потоках мебельно-деревообрабатывающих производств заключается в предотвращении ее порчи до сушки. Глава 1. ВОДЯНОЙ ПАР, ВОЗДУХ И ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ КАК СУШИЛЬНЫЕ АГЕНТЫ I . Физические свойства водяного пара Сушильным агентом называются нагретые водяной пар атмосферного давления, воздух и продукты сгорания (топочные газы), которые при соприкосновении с влажной древесиной отдают ей теплоту и одновременно отбирают из нее влагу, высушивая древесину. Атмосферный воздух (холодный зимой, теплый летом или дополнительно подогретый в сушильных установках) всегда содержит в виде гомогенной (однородной) примеси водяной пар (далее обозначается пар) в различных количествах на 1 м3 воздуха. При этом масса пара, выраженная в кг/м 3 , называется его плотностью. Такую же единицу измерения имеет и плотность воздуха. Находясь в общем объеме, они создают суммарную плотность. В обычных условиях атмосферного воздуха пар прозрачный, т. е. невидимый. Если пар содержит взвешенные, очень мелкие капельки воды, будет туман или облака, которые не пропускают световых лучей, т. е. непрозрачны. Таким образом, туман содер жит воздух, пар и капельки воды. Пар называют сухой насыщенный, если он не испаряет воду той же температуры с открытой поверхности. Путем подогрева сухой насыщенный пар превращается в перегретый; в этом случае он способен испарять воду, пока не станет насыщенным. На рис. 1 показаны методы получения пара различного состояния в лабораторных условиях. Рис. 1 . Приготовление в лабораторных условиях пара: а насыщенного; б- перегретого: в- вляжного; г пасыщенного из водного раствора В этих целях в колбу с боковым отростком наверху наливают чистую воду и нагревают. Для измерения температуры воды и пара в колбу через пробку вставляют два термометра, один из которых опущен в воду. Из колбы а при кипении воды через отросток будет вытекать насыщенный пар с температурой 98... 100 С (в зависимости от барометрического давления атмосферного воздуха). В колбе б пар, проходящий через отросток, дополнительно подогревается электроспиралью; здесь из колбы будет вытекать перегретый пар. В колбе в отросток охлаждается, например, мокрой марлей, поэтому вытекающий пар будет влажным, т. е. с капельками воды (туман). В воду колбы г добавлена поваренная соль; здесь температура раствора будет при кипении повышенной, но температура пара останется такой же, как в колбе а (она зависит от давления пара в колбе). Таковы процессы превращения воды в пар (при t~100 С); они протекают на дне подогреваемых колб. Источниками возникновения пара в сушильной технике может быть вода, испаряемая из высушиваемого материала; пар, поступающий по трубам из парового котла в сушильную установку и добавляемый к сушильному агенту (воздуху); пар из котла, нагревающий воздух в камере посредством отопительных калориферов; пар, возникающий при сушке топлива перед его сгоранием в результате испарения из него влаги в топочном пространстве, а также пар от сгорания водорода самого топ лива. Эти производственные виды пара характеризуются общими физическими свойствами и отличаются лишь по температуре и давлению. Для измерения давления пара можно провести в лаборатории или даже мысленно следующие опыты. Если снизу в открытую трубку действующего ртутного барометра ввести пипеткой несколько капель воды, всплывающей кверху в торичеллиеву пустоту, ртуть в барометре опустится с уровня H1 до уровня H2 (рис. 2,а ). Причина опускания ртути образование в вакуумном пространстве барометра сухого насыщенного пара, давление которого равно Pн ; это давление пара действует во все стороны, в том числе и на поверхность ртути. Затем барометр можно перенести в более теплое помещение, в котором давление пара р н возрастает. Это указывает на важное свойство пара увеличивать свое давление р н с повышением температуры и наоборот. Рис. 2. Параметры насыщенного, влажного и перегретого пара: а барометр для измерения давления пара; б психрометр для измерения его температуры; в диаграмма пара при давлении меньше 1 бар (0,1 МПа): гто же при давлении больше 1 бар (0,1 МПа) При нагревании трубки барометра, а следовательно, пара в ней до 100 С давление пара будет равно барометрическому, т. е. р н =р (рис. 2 а), и вся ртуть будет выдавлена паром из трубки в чашечку (во время опытов, на поверхности ртути в трубке должны оставаться капли воды). Таким образом, барометр может быть использован как прибор для изучения свойств пара. Общее давление гомогенной смеси двух (и более) различных газов выражается формулой Дальтона т. е. общее давление газа р (в данном случае постоянное барометрическое давление P равно сумме парциальных (частичных) давлений воздуха и пара Pв и Pп : если увеличивается Pп , то уменьшается Pв , так как их сумма постоянная. Графически это показано на рис. 2, в. Давление пара Pп выражается следующими величинами: а) паскалями Па, килопаскалями кПа=10`3 Па, мегапаскалями МПа=10`6 Па; б) реальной в природных условиях (применительно к сред нему барометрическому давлению) и четко понимаемой является кратная величина 0,1 МПа=10 5 Па = 750 мм рт. ст.= 1 бар; таким образом, 1 бар практически равен 1 атм, а 1 кПа равен 1 % бара (атм); в) для замера давлений газа в сушильной технике применяют U -образные манометры, заливаемые водой (см. рис. 59, д); таким образом наглядно измеряют величину давления в миллиметрах водяного столба, что равно давлению 1 кг на 1 м 2 (так как 1 дм`3 , т. е. 1 кг воды, равномерно разлитой на площади 1 м`2 , образует высоту слоя в 1 мм ). Для пересчета миллиметров водяного столба в паскали надо полученную цифру умножить на 9,81, т. е. примерно на 10 (например, измеренное в газоходе давление в 20 мм вод. ст. составит: 20*9,81 = 196,2 Па ~ 200 Па). В котельной технике различают два давления пара отсчитываемое по манометру, т. е. избыточное над барометрическим, и абсолютное, с учетом барометрического; второе больше первого на 1 атм (например, 5 атм по манометру равны 6 атм абсолютных). Кривая на рис. 2, в иллюстрирует давление насыщенного пара Рн, в зависимости от его температуры в диапазоне 0 ... 100 С, а на рис. 2, г то же в диапазоне температур 100 ... 150 С. Следует хорошо уяснить закономерности этих кривых (в основном логарифмики) с отсчетом ряда численных значений P н= f ( t н), а также наоборот t н = f ( н ). В табл. 1 приведены более точные численные значения температуры, плотности и энтальпии (теплосодержания) насыщен ного пара в функции от его давления. Если известно давление Рп в котле, в калорифере и т. п., по табл. 1 можно установить его температуру и наоборот. В случаях использования перегретого пара Рп барометрического давления (т. е. без воздуха) в качестве сушильного агента потребное его количество l, кг, для испарения из материала 1 кг воды определяется по формуле где t1- температура пара до испарения воды; t2 - тоже после испарения воды. 1. Параметры сухого насыщенного пара (первые две колонки приведены для справок) Давление пара Температура пара,С Плотность пара, кг/м 3 Объем пара, м 3 /кг Энтальпия пара МПа Бар (10 5 Па) кДж/кг ккал/кг 0,001 0,01 6,9 0,0077 129,9 2514 600,4 0,002 0,02 17,5 0,0149 66,97 2533 605,1 0,005 0,05 32,9 0,0355 28,19 2561 611,7 0,01 0,1 45,8 0,0681 14,68 2584 617,2 0,02 0,2 60,1 0,131 7,65 2609 623,3 0,05 0,5 81,3 0,309 3,24 2645 631,8 0,10 1,0 99,6 0,590 1,694 2675 639,0 0,12 1.2 104,8 0,700 1,429 2683 640,9 0,14 1.4 109,3 0,809 1,236 2690 642,5 0,16 1,6 113,3 0,916 1,091 2696 643,4 0,18 1,8 116,9 1,023 0,977 2702 645,5 0,20 2,0 120,2 1,129 0,885 2707 646,7 0,25 2,5 127,4 1,392 0,718 2717 649,1 0,30 3,0 133,5 1,651 0,606 2725 651,0 0,35 3,5 138,9 1,908 0,524 2732 652,7 0,40 4,0 143,6 2,163 0,462 2738 654,2 0,45 4,5 147,9 2,416 0,414 2744 655,5 0,50 5,0 151,8 2,669 0,375 2749 656,7 0,6 6,0 158,8 3,169 0,316 2757 658,7 0,7 7,0 165,0 3,666 0,273 2764 660,3 0,8 8,0 170,4 4,161 0,240 2769 661,5 0,9 9,0 175,3 4,654 0,215 2774 662,7 1,0 10,0 179,9 5,139 0,1946 2778 663,7 1,2 12,0 188,0 6,124 0,1633 2785 665,3 1,5 15,0 198,3 7,593 0,1317 2792 667,1 2,0 20,0 212,4 10,041 0,0996 2800 668,9 Пример. При температуре перегретого пара до испарения воды t= 114 С, а после испарения t 2 =108 С находим т. е. для испарения 1 кг воды потребуется пропустить через штабель с влажным высушиваемым материалом 190 кг пара. 2. Параметры воздуха как сушильного агента Температура воздуха t, C, определяет степень его нагрева; измеряется она термометрами. Психрометрическая разность t, т. е. разность показаний по сухому и по охлажденному (из-за испарения воды), мокрому термометру психрометра (рис. 2, б); эта разность определяет величину теплового потока, создаваемого перепадом температур между воздухом и водой, испаряемой с мокрого термометра. Эта величина представляет собой потенциал сушки. Она показывает сухость воздуха: чем суше воздух, тем интенсивнее испаряется вода и, следовательно, больше охлаждается мокрый термометр. Наоборот, при психрометрической разности t =0 пар в воздухе насыщенный и испарение им воды не происходит. Эти два параметра воздуха (t и t ) являются базисными. Давление пара в воздухе н (или р п ), кПа, представляет собой упругое гидростатическое воздействие, оказываемое паром на окружающие тела. Параметры пара н определяются температурой и затем графически отрезком АВ на рис. 2, в. Влагоемкость пространства (масса пара в 1 м 3 ) очень важное свойство пара увеличивать плотность в результате подогрева; оно положено в основу процесса сушки. Холодный атмосферный воздух, даже пересыщенный влагой (зимний туман), содержит малое количество пара (неправильно иногда считают, что пар только горячий). Влагоемкость пространства выражается в г/м 3 , а плотность насыщенного пара н в кг/м 3 , т. е. влагоемкость равна 1000 н . Величина влагоемкости зависит от температуры пара в воздухе (верхняя строкатемпература пара, нижняя влагоемкость). t с.................................. 30 20 10 0 10 20 30 1000 н , г/м 3 .......................................................... 0,29 0,81 2,1 4,8 9,4 17,3 30,4 Продолжение t, С 40 50 60 70 80 90 100 1000 н , г/м 3 ......................................................... 51,1 83,0 130 198 293 423 598 Как видно, влагоемкость пара прогрессивно нарастает с повышением температуры, она почти удваивается при повышении температуры на каждые 10 С. По этой причине при охлаждении пара происходит его конденсация с выделением росы и тепла. Так, при охлаждении 1 м 3 насыщенного пара с 70 до 30 С конденсируется около 19830,4=167,6 г влаги, т. е. при этом остается количество пара (30,4 г/м 3 ) менее шестой части начальной (198 г/м 3 ) его массы. Рассматриваемое свойство пара часто используют в технике для обестуманивания воздуха, для осушки газов и т. п. Насыщенность пара в воздухе характеризуется отношением плотности перегретого пара п к его плотности в насыщенном состоянии н при той же температуре: Если состояние слабо перегретого пара близко к насыщенному (сырой воздух), тогда числитель этого отношения приближается к знаменателю и -1. Наоборот, сильно перегретый пар в воздухе, когда п во много раз меньше н , покажет значение приближающееся к нулю воздух очень сухой. В метеорологии этот параметр ( ) называют относительной влажностью воздуха. В лесосушильной технике такой термин непригоден, поскольку можно сушить материал перегретым паром атмосферного давления, когда воздух отсутствует, но параметр остается. Для идеальных газов плотность пропорциональна давлению; приравнивая к ним пар, получим достаточно точное для практических целей соотношение показывающее, что насыщенность пара в воздухе есть отношение давлений перегретого пара р п к насыщенному р н той же температуры. Отсюда имеем Например, если давление насыщенного пара при температуре 60,1 С равно 0,2 бара (по табл. 1), то прн = 0,7 давление перегретого пара р п с той же температурой составит 0,7*0,2=0,14 бара. Влагосодержание воздуха d определяется массой пара М п , приходящейся на 1 кг абсолютно сухого воздуха М в , Если представить воздух без пара, т. е. М п = 0 (в числителе), то d = 0. Если, наоборот, в рассматриваемом пространстве чистый пар (без воздуха, т. е. в знаменателе М в = 0), то d = . Подставляя значение р в = р-р п из формулы (1) в формулу (6), получим Здесь влагосодержание d зависит только от давления пара р п , поскольку барометрическое давление р p в расчетах принимается величиной постоянной; 1 бар = 10 5 Па =100 кПа. Решив эту формулу относительно р п получим Таким образом, выявлены зависимости: влагосодержания от давления пара, т. е. d=f(р п ) и давления пара р п от влагосодержания: р п = f(d). Обе эти величины взаимозависимы с возрастанием одной увеличивается вторая (и наоборот). Так как влагосодержание d, г/кг, дополняет 1 кг абсолютно сухого воздуха как неизменную, базовую величину, то их сумма больше 1 и равна (1+0,00d) кг. Параметр d очень удобен в расчетах сушильного процесса, поскольку масса абсолютно сухого воздуха (1 кг) остается неизменной при нагревании, охлаждении, выпадении росы и т. п. В табл. 2 приведены значения d в зависимости от t и . Из таблицы видно, что d резко повышается с увеличением температуры (как и р п ) и почти пропорционально снижается с уменьшением . При = 0 d=0, поскольку р п = 0 [формула (4)]. Таблица 2 Влагосодержание воздуха d,г/кг, при различной температуре , насыщенности и общем давлении p=0,1 ТПа=1 бар t С Насыщенность пара в воздухе 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,05 -30 0,23 0,21 0,18 0,16 0,14 0,11 0,09 0,07 0,05 0,02 0,01 -20 0,64 0,58 0,51 0,45 0,38 0,32 0,26 0,19 0,13 0,06 0,03 -10 1,62 1,46 1,29 1,13 0,97 0,81 0,65 0,48 0,32 0,16 0,08 0 3,82 3,44 3,05 2,67 2,29 1,90 1,52 0,14 0,76 0,38 0,19 10 7,73 6,95 6,17 5,40 4,62 3,85 3,07 2,29 1,52 0,76 0,38 20 14,90 13,38 11,86 10,33 8,84 7,35 5,87 4,39 2,92 1,46 0,73 30 27,50 24,65 21,02 19,02 16,23 13,46 10,73 8,02 5,32 2,65 1,32 40 49,5 44,15 39,00 33,85 28,80 23,80 18,90 14,05 9,33 4,63 2,31 45 66,0 58,8 51,7 44,65 37,85 31,30 24,75 18,38 12,12 6,03 3,00 50 87,2 77,8 68,9 58,9 49,65 40,95 32,30 23,90 15,75 7,75 3,88 65 116,0 102,0 89,8 77,2 65,0 53,2 41,80 30,85 20,22 9,94 4,89 60 155 135,9 117,8 100,7 84,5 69,0 54,0 39,5 25,80 12,65 6,26 65 208 181 155 131,9 109,7 88,9 69,1 50,5 32,73 15,95 7,90 70 282 240 206 174 143,0 114,9 88,5 64,5 41,35 19,91 9,76 75 390 330 277 230 187 148,2 113,2 81,2 51,85 25,45 12,22 80 560 460 380 309 248 193 145,1 103,0 64,9 30,85 14,91 85 853 676 534 423 331 252 187 130,8 81,5 38,25 18,42 90 1460 1060 794 599 452 335 242 165,2 101,1 46,80 22,60 95 3400 1970 1 295 876 639 454 317 211 126,3 57,30 27,35 99,6 5600 2 450 1455 936 622 415 266,5 155,5 69,1 32,80 105 - - 17 900 3420 1640 955 580 352 198 84,8- 39,80 110 - - - - 3855 1 575 839 481 250 103,8 47,2 115 - - - - - 3 400 1257 639 317 126,3 57,3 120 - - - - - 83 500 2410 915 410 154,1 68,5 125 - - - - - - 8080 1420 540 187,9 81,7 130 - - - - - - - 2660 731 230 97,2 Энтальпия (теплосодержание) воздуха I наряду с влагосодержанием d один из главных расчетных и аналитических параметров для рассмотрения сушильного процесса. Энтальпию также учитывают по массе 1 кг абсолютно сухого воздуха. В энтальпии рассматривается теплоемкость 1 кг воздуха [1,0 кДж/(кг*К)] и пара [0,19 кДж/(кг*К)], а также теплота парообразования (2500 кДж/кг, или 2,5 кДж/г). (Здесь вместо С значится К, одинаковый по интервалам температур). Формула энтальпии на 1 кг сухой части воздуха Первый член обозначает теплоту нагревания воздуха от нуля до t, С, второй теплоту парообразоваия d, г пара, при 0 С, а третий теплоту d, г пара, на 1 кг воздуха, нагретого до температуры также от 0 до t, С. Отметим, что 1 кДж равен 0,239 ккал, или 1 ккал = 4,19 кДж. Например, при t=58 С и d=100 г/кг получим /=1,0*58+2,5*100+0,0019*58*100=319 кДж/кг воздуха. Плотность воздуха , кг/м 3 , представляет собой сумму из плотности абсолютно сухого воздуха при его давлении р в =р-р п [см. формулу (1)] и плотности пара р п в том же объеме при его давлении р п =р-р в . В условиях постоянного барометрического давления 0,1 МП а (1 бар) Например, при d=10г/кг и t=100 С При одинаковых температурах и давлениях пар легче воздуха (отношение р п /р в =0,622). Влажный воздух легче сухого, но, охладившись (уменьшившись в объеме), он может быть по плотности тяжелее сухого, нагретого (например, в штабеле сырого материала, у холодной стены комнаты или зимой у окна), и поэтому опускается вниз, а нагреваясь у калорифера, расширяется и поднимается вверх. Плотность воздуха необходимо учитывать в расчетах при механическом его перемещении в трубах, каналах и т. п. Удельный объем воздуха V 1+0,001d это объем его при массе 1 кг абсолютно сухой его части и при общем давлении 0,1 МПа (1 бар). Этот параметр необходим для пересчета массы воздуха (1 кг) с добавленным паром 0,001d, кг, в его объем, м 3 , и для нахождения скорости воздуха, перемещаемого в каналах. Например, при t=100 С и d=200 г/кг V 1+0,001d =(1,260+0,00462*100)*0,822=1,42 м 3 /кг, а при t=0 и d=0 получим V 1+0,001d =1,260*0,622=0,783 м 3 /кг Как видно из этой формулы, объем 1 кг абсолютно сухого воздуха с добавленным к нему паром увеличивается с повышением его температуры t и влагосодержания d. По приведенным формулам можно составить диаграммы, показывающие в наглядной форме взаимозависимость между изменяющимися параметрами воздуха, а также рассмотреть процессы, характеризующие технологию высушивания древесины. Температурой точки росы называется такая температура постепенно охлаждаемого воздуха, при которой находящийся в нем пар начинает конденсироваться (начало тумана капельки воды). Измеряется она гигрометром Ламбрехта, волосяным гигрометром и др., при этом = 1. 3. Сущность процесса сушки древесины Наиболее эффективным методом обезвоживания древесины в промышленных условиях является ее сушка. Она осуществляется за счет подвода к влажному материалу тепла с нагретым воздухом или горячими продуктами сгорания. Испарившаяся влага уносится этим же воздухом, частично увлажнившимся и охладившимся. Испарение влаги воздухом может происходить и без его подогрева, что относится к атмосферной сушке (рис. 3, а). Здесь нагретый солнцем атмосферный воздух омывает поверхность влажного, более холодного, материала, отдает ему часть тепла и отбирает пар, охлаждаясь при этом и увлажняясь, а затем удаляясь от материала. При подогреве воздуха калорифером (рис. 3, б) процесс сушки материала аналогичен показанному на рис. 3, а, но более интенсивен. При высушивании пиломатериалов отработанный увлажненный воздух (справа на рис. 3, б) в основной своей массе возвращается (рециркулирует) для повторного использования. Без такой рециркуляции, т. е. при обдувании материалов нагретым воздухом, древесина будет растрескиваться, а процесс сушки замедлится. На рис. 3, в показана принципиальная схема аналогичного процесса сушки, но с заменой калорифера топкой, подающей тепло в виде горячих продуктов сгорания. Установка может действовать и без рециркуляции при сушке древесных частиц, когда нет опасности растрескивания материала. Одна из причин, обусловливающих выделение пара из средних зон нагреваемого влажного пиломатериала наружу, заключается в том, что при обычной температуре сушки (50... 100С) объем пара примерно в 1,2... 1,7 тыс. раз больше объема испарившейся воды, в таком объеме пар устремляется из древесины в окружающий воздух и уносится от материала. Следовательно, для сушки необходимо с воздухом подводить тепло и уносить парообразную влагу, т. е. осуществлять циркуляцию воздуха по материалу. Рис. 3. Принципиальная схема сушильного процесса: а-подвод тепла с атмосферным воздухом к влажному материалу; б-подвод тепла с воздухом, нагретым в калорифере; в-подвод тепла с добавлением продуктов сгорания к рециркулнрующим газам Превращение воды в пар может происходить методом ее испарения, когда тепло подводится к влажной древесине конвективным потоком воздуха, содержащего перегретый пар (см. рис. 3), и методом выпаривания, при подводе тепла от перегретого пара атмосферного давления температурой t п 99,6 С и горячих поверхностей, например от стальных плит в фанерном производстве, от электроутюгов при сушке гнутых носков лыж, а также выпаривании воды из подогреваемой снизу колбы с водой (см. рис. 1), кипящей воды в чайнике и т. п. В последних случаях температура пара будет составлять 98...100С (меньше при циклоне, т. е. пониженном давлении атмосферного воздуха). Процесс сушки при этом происходит без участия воздуха пар удаляется от материала за счет своего небольшого избыточного давления. 4. Диаграммы воздуха как сушильного агента td-Диаграмма . Ввиду сложной зависимости между основными параметрами t, d, I , т. е. температурой, влагосодержанием и энтальпией воздуха, для лучшего понимания сушильных процессов и их расчетов необходимо изобразить указанные зависимости в графическом виде сначала на более простой диаграмме. Рис. 4. td-диаграмма воздуха с линиями: температуры t-const (горизонтали); влагосодержания воздуха d-const и давления пара р п -const (вертикали); энтальпии I -const (наклонные) и кривые насыщенности пара -const Представим эти зависимости в прямоугольной системе координат t и d (рис. 4). На оси абсцисс влагосодержание d, г/кг, вверху горизонтальная шкала давлений пара р п , а на оси ординат температура t. Таким образом, горизонтали на диаграмме это изотермы, т.е. линии постоянных температур, а вертикали линии постоянных влагосодержаний, они же изобары (т. е. линии постоянных давлений пара). Кривые показывают насыщенность пара в воздухе, нажняя кривая ( =1 ) обозначает полное насыщение пара Ордината, соответствующая как нулевому значению d, так и р н , обозначает одновременно и линию = 0, поскольку по формуле (4) при р п = 0 = 0. Линии энтальпии I = const наклонные. В зоне диаграммы над линией =1 пар в воздухе находится в перегретом состоянии, т. е. воздух обладает сушильными свойствами и тем в большей мере, чем дальше точка любого состояния воздуха находится от кривой =1 (по направлению линии I - const). Под линией =1 находится зона тумана - в воздухе влажный пар. Диаграмма построена для барометрического давления р = р в + р п =1 бар = 0,1 МПа=100 кПа. Сумма давлений графически иллюстрирована для точки С на рис. 2, в. Пример. Найти по td-диаграмме параметры воздаха в точке Т. Отсчитывается температура t=61 С (горизонталь к оси ординат, цифры на ее шкале), влагосодержание d=90 г/кг (вниз), температура точки росы t р =50 С (вниз до кривой =1, точка Р, затем по горизонтали влево), давление пара р п =12,5 кПа (вверх по вертикали), насыщенность пара = 0,6, энтальпия I =293 кДж/кг (по наклонной линии вниз направо до линии =1 точка М). В учебных целях рекомендуется, пользуясь табл. 2, построить на миллиметровой бумаге размером 300X400 мм (а с полями 350X450 мм) td-диаграмму. При этом диапазон температур принять 20... 80 С, а влагосодер-жаний 0...80 г/кг, с линиями 1,00,80,60,40,20,1- Необходимо бегло отсчитывать на ней параметры воздуха, а затем наносить тепловые процессы нагревания и охлаждения воздуха, пользуясь формулой (7). Желательно добавить вверху на этой диаграмме шкалу давлений пара, принимая в качестве базовых точек р п последовательно от 1 до 11 кПа. В знаменателе формулы (7) будет рр п , т. е. (100 1) кПа, (1002) кПа и т. д. Следует составить предварительно табличку с колонками 622 р п и 622 *р п /(p-р п )=d. По найденным значениям d на вертикалях вверху диаграммы наносят соответствующие значения d для точек р п 123 и т. д. Затем на этой диаграмме по двум точкам наносят наклонные прямые I =const. Верхними их точками будут цифры температур на оси ординат (необходимо нарастить временно ее шкалу вверх), поскольку по формуле (9) при d=0 I =t. Нарастив временно диаграмму, нижние точки энтальпий можно нанести н