Вакуумная сушка – технология вакуумной сушки. Категории камер для вакуумной сушки

Этот технологический процесс позволяет удалить остатки влаги и растворителей из структуры материалов и различной продукции. Вакуумная сушка – сушка при пониженном давлении (вакууме). Процесс проводится при низком температурном режиме. В результате этого не возникает дефектов структуры обрабатываемого сырья. Такой показатель важен при работе со взрывоопасными веществами. Риск появления окислений на поверхности материала сведен к минимуму.

Навигация:

Вакуумная сушка овощей, фруктов и другой продовольственной и непродовольственной продукции имеет ряд таких преимуществ:

• обрабатываемые изделия сохраняют первоначальные технические характеристики: размер, вкус, цвет, запах;
• вакуумная сушка фруктов позволяет сохранять в них все компоненты: витамины, аминокислоты и прочие ферменты;
• низкий процент влаги в структуре обработанного сырья;
• возможность создания новых потребительских характеристик высушенных продуктов;
• уменьшение массы продукции, что значительно сокращает затраты на ее транспортировку;
• увеличение срока хранения материалов.

Технология нашла широкое применение в пищевой промышленности. Выполняется вакуумная сушка продуктов: мясных и хлебных изделий, овощей, концентратов сока, напитков и прочей продукции. Также осуществляют высушивание древесного сырья.

Технология вакуумной сушки

Удалить влагу из продуктов можно двумя способами: при положительных или отрицательных температурах высушиваемого продукта. Первый способ называется холодной вакуумной сушкой. В нем процесс удаления влаги и ненужных компонентов из продукции выполняют при температурном режиме от +4 и до +6 градусов. Температура кипения жидкости понижается до +25 градусов. Такая технология позволяет получать продукцию высокого качества.

Примечание. Окончательное высушивание исходного материала осуществляется с помощью вакуумно-сублимационной сушки.

Сублимационная сушка в вакууме является одним из способов консервирования продуктов. Изделия высушивания в замороженном виде. Во время процесса в установке создается давление не менее 1 мм ртутного столба. Температура высушиваемой продукции должна составлять не менее -20 или -25 градусов. Такой подход к обработке изделий позволяет сохранить в них белок и другие полезные ферменты.

Камеры вакуумной сушки

Оборудование используют в различных отраслях промышленности. Камеры вакуумной сушки позволяют обрабатывать продовольственную и непродовольственную продукцию. Существует несколько видов таких агрегатов, которые отличаются принципом действия.

Установки для вакуумной сушки бывают таких видов:

• кондуктивные;
• конденсационные;
• конвективные;
• диэлектрические;
• аэродинамические.

Первый вид установок используют для сушки древесных материалов. В нем рабочие электроды выполнены в форме пластин. Чтобы качественно обработать материал, его предварительно помещают в камеру пропарки. После этого переносят в оборудование вакуумной сушки.

Конденсационная камеры работает по замкнутому циклу. Выделяемая из материала влага не выводится из установки, а омывает внутренние стенки рабочей камеры. Стоит учесть, что эффективность действия агрегата уменьшается при повышении температурного режима обработки.

Конвективные камеры представляют собой установки, которые оснащают центробежными или осевыми вентиляторами. Нагревание воздушных масс происходит посредством горячей воды, циркулирующей в радиаторах. Оборудование считается наиболее перспективным в области обработки древесины.

Диэлектрические установки представляют собой автоклавы с вакуумной сушкой, диаметр которых достигает 2,5 м. Внутри корпуса размещены электроды. Между ними располагают обрабатываемый материал. Процесс сушки материала в таком оборудовании довольно продолжительный.

Аэродинамическая установка вакуумной сушки стала популярной ввиду низкой стоимости. Она характеризуется надежностью, практичностью, износостойкостью и долговечностью. Единственным недостатком оборудования подобного типа является высокий показатель потребления электроэнергии при максимально допустимом режиме эксплуатации.

По типу конструкции вакуумные камеры разделяют на стеллажные и вращающиеся установки. Первый вид оборудования используют для обработки продуктов, которые чувствительны к высоким температурным режимам. В конструкции агрегатов имеется герметичная камера с уплотнительным кольцом и подогреваемые полки. На них выкладывают продукцию.

Вращающиеся сушильные камеры выполнены в форме цилиндра. С их помощью выполняют качественное и равномерное высушивание материалов. Наиболее часто такие установки применяют для сушки кристаллических и порошкообразных средств.

Вакуумная сублимационная сушка

С помощью такой технологии стало возможным высушивать различные материалы и продукцию. Для ее выполнения необходимо соблюдать несколько условий. Во-первых, не менее 70% влаги, содержащейся в изделии, должно быть в виде льда. Другими словами, продукцию предварительно замораживают под воздействием определенной низкой температуры. Во-вторых, во время проведения обработки требуется поддерживать оптимальный показатель разницы парциальных давлений.

Вакуумная сублимационная сушка может осуществляться двумя способами: нагревом от пластин или возгонкой льда. Первый метод наиболее популярен. В сушильной камере размещены пластины. Их нагревают подачей горячей жидкости. Рядом с этими пластинами кладут замороженные продукты. Под таким воздействием лед испаряется. Длительность процесса зависит от структуры обрабатываемого материала. После испарения влаги масса продукта уменьшается. Для удаления оставшейся влаги используют специальные пластины, которые также находятся в рабочей камере. Они выступают в роли конденсаторов. Их температура достигает -55 градусов и ниже. При другом показателе температурного режима этих элементов правильное выполнение техпроцесса невозможно.

Примечание. В комплекс мероприятий по обслуживанию таких установок входит регулярное очищение конденсирующих пластин от обледенения.

Возгонка льда – продолжительный и сложный технологический процесс. Начальная температура обрабатываемого материала должна составлять от -40 до -50 градусов. Изделие в камере проходит несколько зон с разным температурным режимом. По мере высыхания поверхности, оно перемещается вглубь установки. Весь процесс может занять 24 часа. Все зависит от вида высушиваемого изделия. Таким способом выполняется вакуумная сушка овощей и фруктов.

Вакуумная сушка древесины

Для выполнения этого процесса материал должен быть высушенным. В результате такого воздействия конечный продукт характеризуется уменьшением своих габаритов. Вакуумная сушка древесины представляет собой процесс, который состоит из трех этапов: циркуляция жидкости через материал, воздействие влаги от сердцевины до поверхности, выпаривание – удаление воды. Процесс занимает немного времени. Эта технология вакуумной сушки получила название «искусственное высушивание». Выполнить ее можно только при наличии специального оборудования.

Примечание. Вакуумная камера для сушки древесины может быть разного размера. Большие конструкции используют на предприятиях, менее массивные – в быту.

Вакуумная сушка дерева начинается с циркуляции. Она занимает гораздо больше времени, чем процесс испарения. Если материал предварительно качественно обработали (удалили поверхностную влагу), он высохнет быстро и равномерно. При невыполнении такой обработки перед началом сушки структура древесины начинает деформироваться.

Устройство для циркуляции влаги от сердцевины до поверхности представляет собой сложную установку. Она оснащена специальными подводами жидкости и каналами для ее отведения.

Испарение осуществляется посредством нагревания рабочего пространства до температуры кипения жидкости (+100 градусов). Снизить температурный режим можно с помощью созданного давления, то есть вакуума.

Вакуумные камеры для сушки древесины, цена на которые установлена производителем, бывают различной комплектации. Некоторые агрегаты содержат несколько установок для обработки материала (предварительной и завершающей). Камеры большинства установок для сушки сочетают в себе одновременно несколько функций. Они более эффективные и практичные, но и дорогостоящие.

Все деревообрабатывающие предприятия получают прибыль от продажи изготавливаемой продукции. И чем глубже обработка древесины, тем рентабельнее производство. Перед покупкой оборудования каждый предприниматель задается вопросами: Какие бывают сушильные камеры для древесины, какими приспособлениями оборудованы, и какую выбрать для своего производства?

Если подобрать неподходящее оборудование, то рентабельность наоборот упадет. А большей ассортимент сушильных камер для дерева на рынке делает задачу выбора еще сложнее.

К основным видам сушильных камер относятся:

1. Диэлектрические.
2. Конвекторные
3. Вакуумные
4. Аэродинамические

Метод сушки древесины различными способами был придуман еще в 60-х годах, но из-за высоких затрат на электричество и сложности конструкции технологии начали использоваться только в последнее время. Чаще всего во всем мире используют сушилки конвекторного типа. Почему же это происходит? Остальные конструкции можно использовать с рядом ограничений и тонкости использования. Основные недостатки использования индуктивной, конденсационной и вакуумной сушилок для древесины:

1. Аэродинамические камеры требуют большего расхода электроэнергии;
2. Конденсационные конструкции стоят дорого, а сушка в них длится в 2-а раза дольше, чем в конвекторных.
3. Вакуумные сушилки имеют высокую стоимость и обслуживать их тоже дорого.
4. Диэлектрические требуют больших затрат на электроэнергию, хотя считаются одними из лучших.

Конвекторные сушилки

Используют конвекторыне конструкции для сушки древесины различных пород и размера. Из-за простоты конструкции конвекторные камеры недороги в обслуживание, что говорит о надёжности. Поэтому для повышения рентабельности в 90-а случаях из ста приобретают именно их.

Принцип работы конвекторной сушилки

Нагрев происходит от газообразного носителя (агента сушки). Нагреваясь, сырье прослушивается. Агентом сушки может быть пар, топочный газ, воздух. Влажность, выделяемая из древесины, служит дополнительным увлажнением агента, излишки при помощи вентиляции вытягиваются в атмосферу.

Обмен воздуха в конвекторной сушилке не выше 2% от общего количества, поэтому экономичность электроэнергии ощутима.

Комплектация и оборудование конвекторной сушилки

Существует множество комплектации от различных производителей, но есть базовые варианты:

1. Оборудование для уже построенного или только строящегося ангара сушильной конструкции.
2. Полностью конструкция с оборудованием.

Корпус оборудования

Корпус полностью выполнен из металла, собирается на монолитно-столбчатый фундамент. Металл применяемый для изготовления — углеродистая сталь или алюминий с покрытием от коррозии. Снаружи и внутри ангар обшит листами алюминия. Отдельные элементы внутри конструкции (дефлекаторы, фальшпотоки, усилители и т.д.) тоже делаются из алюминия. Утеплена камера минватой в виде плит.

Собирается конструкция с соблюдением ГОСТов и СНиПа. Варианты требующие дополнения и пристроек выполняются по дополнительно разработанной схеме Базовая сборка рассчитана на среднюю снеговую нагрузку.

Модели конвективных камер

Производят конвекционные сушильные камеры отечественные и зарубежные компании. Самые распространенные это Гелиос: АСКМ-7, АСКМ-10, АСКМ-15, АСКМ-25. Используют их для сушки любой породы древесины категории просыхания I, II, III и 0. По отзывам эти модели работают быстро, так как в механизме использованы немецкие вентиляторы. А установка и обслуживание у моделей АСКМ простое. Цена от 700 000 руб., в зависимости от размера и мощности.

Вакуумные сушильные камеры

Конструкции разработаны специально для дорогостоящих пород сырья (тика, венге, палисандра, дуба, ангера и т.д.). Можно использовать вакуумные сушилки так же для любой хвойной или лиственной древесины.

Принцип работы вакуумной сушилки

Работает вакуумная сушилка от конвекторного нагрева древесины и вакуумного удаления излишков влаги. Температурный режим максимально +65 0С. Но из-за вакуума 0,09 МПа закипает при 45,5 0С. Это позволяет осуществлять процесс высыхание без агрессивных воздействий высоких температур, что не создает высокого внутреннего напряжения, и дерево не растрескивается.

В процессе работы температура поднявшись на 65 0С, срабатывает автоматика и электрокотел отключается. Верхняя часть древесины начинает остывать, и влажность изнутри начинает поступать к более сухим частям. За весь процесс сушки таких процессов может происходить до 250 раз. Так влажность равномерно вытягивается по всей длине и глубине сырья. Максимальный перепад влаги в различной части дерева может быть 0,5-1,5 %, а полностью просушенный имеет влажность 4-6%.

Модели популярных вакуумных конструкций

Самая распространенная модель вакуумных камер это Гелиос. Сушильные камеры для древесины Гелиос отличаются мощностью, объемом загрузки и другими техническими характеристиками. Подробнее о ТХ Гелиос в таблице:

Аэродинамические камеры сушки древесины

Эти сушильные камеры напоминают металлическую коробку, отделанную алюминиевым проф-настилом. Используется аэродинамические камера различной модификации, для просушки всех видов древесины, с загрузкой от 3-25 м3. На заказ можно приобрести камеры индивидуальной конструкции с загрузкой до 43 м3.

Аэродинамическая камера хороша тем, что работа полностью автоматизирована и нужно минимальное количество рабочих рук.

Каркас аэродинамической камеры состоит из цельного металла, нашитого на несущий каркас. Выполнена камера в виде четырехугольной коробки, в которую удобно загружать дерево машиной или по ж.д. путям. Вся внутренняя конструкция оборудована автоматическими сборщиками конденсата.

Принцип работы

Просушка осуществляется под воздействием аэродинамической энергии. Нагретый воздух циркулирует в камере под воздействием специфически сконструированного аэродинамического вентилятора. Воздух в камере из-за сжатия повышает температуру на центробежном вентиляторе, конкретно на его лопатках. Так аэродинамические потери преобразуются в тепловую энергию.

Тепло нагоняется в камеру в зависимости от конструкции реверсно или тупиково. Работа аэродинамической камеры запускается одной кнопкой “пуск” и открывается только после полного завершения цикла.

Модели аэродинамических сушилок

Самые распространенные сушилки аэродинамического типа Гелос CКВ-25Ф, СКВ-50Ф, CКВ-12ТА, СКВ-25ТА, СКВ-50ТА, а так же итальянские EPL 65.57.41, EPL 65.72.41, EPL 65.87.41, EPL 125.72.41, EPL 125.87.41. Разработаны Гелиос, специально для просушки хвойного материала. Стоят они от 1 500 000 руб.

Сушилки с СВЧ камерой

Камеры СВЧ были изобретены совсем недавно. Напоминает такая сушилка замкнутую металлическую емкость. Работает под воздействием отражательной поверхности СВЧ волн. Напоминает принцип действия микроволновой печи. С помощью СВЧ камеры можно просушить материал любого сечения и размера. СВЧ камеры имеют простую конструкцию и настроить длину волны можно на любую длину. Это дало возможность просушивать с помощью СВЧ камеры любое сырье. Режим затухания СВЧ волны позволяет регулировать температуру внутри камеры. А реверсивные вентиляторы удаляют излишнюю влажность из системы. Сравнивают СВЧ сушку с диэлектрической, которая считается самой эффективной, но из-за высоких затрат электроэнергии в России не применяется.

К главным минусам СВЧ камер относятся контроль влажности древесины и высокая цена на СВЧ сушилки и затраты на электричество.

Модели СВЧ сушилок

В России эту технологию просушки предлагает инженерная компания в Москве “ Инвестстрой” — “СВЧ-Лес”. Стоит подобная установка от 1300 000 руб. Обслуживать СВЧ-Лес нужно раз в пол года, по цене от 100 000 руб.

От того какую камеру выберет покупатель зависит только половина будущей прибыли. Построить и утеплить бокс это только часть всех работ. важно чтобы составляющее оборудование было качественным.

Оборудование для сушильных камер

Оборудование для сушилок можно подразделить на виды:

1. Тепловая система.
2. Вытяжка и система увлажнения.
3. Рельсовая конструкция для загрузки и выгрузки

Вентиляционное оборудование выполняет роль равномерного распространения нагретого воздуха. Установка некачественного вентилятора несет за собой неравномерную просушку сырья. По ГОСТу движение воздуха внутри камеры должно быть оптимально около 3 м/сек. Этого можно добиться используя качественные и мощные вентиляторы. Все вентиляторы имеют систему роторного или осевого подключения.

Это оборудование зависит от мощности и модели сушильной камеры. Генератором тепла может служить электрический калорифер или теплообменник. Устанавливают их только специалисты, а используют для нагнетания и переноса тепловой энергии к древесине. В качестве генератора тепла так же может выступать система, типа мини-котельной на жидком, газообразном или жестком топливе. Удобно когда работу осуществляют на отходах деревянного производства.

Электра калорифер имеет конструкцию, состоящую из трубы и намотанной на нее ни хромовой спирали. Этот генератор имеет небольшое преимущество: упрощенный процесс контроля температуры внутри камеры.

Система увлажнения

Чтобы обеспечить постоянную равномерную влажность воздуха в сушилках используют оборудование увлажнения и вытяжки. Увлажнение осуществляется засчет сложной системы форсунок, трубопровода, электромагнитного клапана.

Вытяжку осуществляют при помощи вентилятора (обычно роторного). Работает оборудование по следующей технологии: когда влажность понижается, автоматически отключается вентилятор и вытяжка не функционирует. При этом увлажнение воздуха происходит зачет испарений жидкости, которая попадает на форсунку автоматически, при открытии клапана.

При повышение влажности, напротив перекрывается клапан и включается вентилятор.

Рельсовая система отгрузки и загрузки

Это оборудование устанавливают на этапе сборке камеры. Система стоит из рельс, которые монтируются капитально. Сверху на них крепят подштабельные тележки, которые нужны для складирования древесины. На них укладывают сырье, и помещается в камеру, после просушки тележки выкатываются на улицу и расфасовывают.

Выбирая камеру для сушки древесины лучше воспользоваться услугами профессионалов, но не стоит пренебрегать информацией специалистов в сети.

19 февраля 2017

В среде российских специалистов по деревообработке довольно давно обсуждается способ сушки пиломатериалов в вакууме. Интерес к проблеме возник после появления сообщений в СМИ об установках итальянского производства, а затем и продукции фирмы WDE Maspell на нашем рынке. Через некоторое время выпуск аналогичных сушильных камер освоили и ряд отечественных компаний: «Энергия-Ставрополь», «МВ-Импульс» и др.

Повышенное внимание к подобным установкам объясняется тем, что их производители анонсируют сушку пиломатериала в небывало короткие сроки: в течение 1-4 суток в зависимости от породы древесины и толщины пиломатериалов - и при этом гарантируют высокое качество получаемых досок или заготовок. Такие сроки сушки вызвали недоверие у тех, кто не имел возможности на практике проверить качество продукции, высушенной в подобных камерах. Развеять эти сомнения не позволяет крайне скудная информация производителей оборудования для вакуумной сушки о сути процесса. Попытаемся разобраться.

Сушка пиломатериалов при пониженном давлении (обычно р абс = 0,15-0,4 бар абсолютного давления или р разр = 0,85–0,6 бар разрежения, чему соответствует температура насыщения t нас = 54,0–75,9 °С) относится к т. н. высокотемпературному процессу сушки. Такой тип процесса имеет место в случае, когда температура древесины t др превышает температуру насыщения t нас водяного пара при заданном давлении. Протекание высокотемпературного процесса сушки отличается большей интенсивностью по сравнению с низкотемпературным процессом, когда температура древесины ниже температуры насыщения (t нас = t кип, t кип - температура кипения). Скорость бездефектной вакуумной сушки в сравнении с нормативным ГО СТовским режимом конвективной камерной сушки выше в 4–5 раз. Так, например, для группы твердолиственных пород (бука, клёна, ясеня, вяза и др.) нормативное время сушки для низкотемпературного конвективного режима при толщине доски 50 мм составляет 12–14 суток, время же сушки в пресс-вакуумных установках для этих же сортиментов - трёх–четырёх суток. Процесс высокотемпературной сушки описан в отечественной литературе еще в 1957 году. Ниже приведена информация по древесиноведению и из теории высокотемпературного процесса сушки.

«Вода может находиться в двух основных структурных элементах древесины: в полостях клеток и сосудов - свободная влага, а в стенках клеточных оболочек - гигроскопическая, или связанная влага. При сушке влажной древесины в первую очередь в пределах клетки полностью удаляется свободная влага и лишь затем, ниже предела гигроскопичности (w пг), одновременно являющегося пределом усушки, начинает испаряться из её оболочки связанная. При уменьшении содержания в древесине связанной влаги древесина усыхает».

«Рассмотрим случай сушки сырой (w н > w пг) древесины в форме неограниченной пластины в газовой среде с температурой t с > 100 °C. На некотором промежуточном этапе процесса из наружных зон пластины толщиной Х удалена вся свободная влага. Влажность этих зон изменяется от равновесной на поверхности до предела насыщения внутри и имеет некоторое среднее значение wпер. Внутренняя зона толщиной (S – 2x) на этом этапе остаётся сырой, её влажность близка к начальной. Температура внутренней зоны поддерживается на уровне точки кипения воды t кип, а в поверхностных зонах и пограничном слое постепенно повышается до t с. На границе зон происходит выпаривание свободной влаги, за счёт чего эта граница постепенно заглубляется».

Объяснить возможность сохранения безупречного качества сушки при столь значительной интенсивности высокотемпературного (даже необязательно с использованием вакуума) процесса можно, учитывая тот факт, что при достижении температуры насыщения t нас сначала на поверхности, а затем и в толще пиломатериала происходит интенсивное испарение свободной воды (псевдокипение) и продвижение образовавшегося водяного пара наружу. В зоне псевдокипения у паровой среды относительная влажность φ пар = 100%, а влажность древесины w стремится к равновесной влажности w р = 10,6 (φ/100) (3,27-0,015t), %, соответствующей пределу гигроскопичности w р = w пг (w пг = 26,1% при t = 54 °С и w пг = 22,6% при t = 75,9 °С). Влажность w п г, %, является функцией только температуры: w пг = (34,66-0,159t) - и характеризуется тем, что является границей, ниже которой свободной влаги нет ни в полостях, ни в стенках клеток древесины. При условии w

Первое заключается в том, что пиломатериал загружается в камеру послойно с плоскими нагревателями - греющими пластинами, чем обеспечивается равномерная и интенсивная теплопередача.

Второе условие: температура поверхности нагревателей должна превышать температуру насыщения (кипения) при созданном в установке давлении (разрежении) по определению.

Третье условие (не являющееся обязательным для атмосферных установок): в полости камеры создаётся пониженное - относительно атмосферного - давление. Если верхняя крышка камеры выполнена в виде гибкой мембраны (обычно из силиконовой резины), то за счёт разности значений давления создаётся прижимающее усилие между слоями пиломатериала и нагревателями, передаваемое послойно на металлическую конструкцию днища камеры. Это прижимающее усилие обеспечивает идеально плоскую форму досок и плотное прилегание поверхности пиломатериалов к нагревателям, что очень важно в случае, если теплопередача между ними осуществляется кондуктивным способом. При этом варианте необходима точная калибровка по толщине пиломатериала для исключения неплотности прилегания досок к нагревателям.

Чтобы обеспечить равномерность теплопередачи от нагревателей к поверхности досок без их калибровки, разумно организовать нагрев тепловым излучением через небольшой зазор между плоскостью нагревателей и пиломатериалом, специально созданный за счёт специальных выступов греющих пластин (такие выступы есть, например, в установках, которые выпускает компания «Энергия-Ставрополь»). Теплопередача излучением в плоском зазоре не зависит от его величины и от неизбежного разбега пиломатериала по толщине.

Как было сказано выше, вакуумирование для высокотемпературного процесса сушки не является обязательным условием, однако у пресс-вакуумных сушильных камер есть несомненные плюсы, например, возможность понижения давления, а, следовательно, температуры насыщения. Во-первых, снижение температуры процесса способствует уменьшению тепловых потерь в установке и минимизации изменения цвета древесины при сушке. Во-вторых, использование мембранного пресса помогает добиться идеального фиксирования плоскости высушиваемых досок и заготовок. В-третьих, плотный прижим слоёв нагревателей и слоёв пиломатериала обеспечивает равномерность теплопередачи в процессе сушки.

Для сушки толстых сортиментов трудносохнущих пород (например, дуба) применяются специальные режимы на стадиях влажности древесины выше и ниже предела гигроскопичности. Применение этих режимов обеспечивает бездефектную сушку 50-миллиметрового дубового сортимента в течение 6-8 суток.

Процесс пресс-вакуумной сушки древесины реализуется в установках с разовой загрузкой от 0,5 до 10 м 3 , обеспечивая для доски толщиной 50 мм твердолиственных пород (при сушке в течение четырёх суток) семь с половиной оборотов камеры (циклов сушки) в месяц, а в случае сушки пиломатериалов хвойных пород (при сушке в течение двух суток) - 15 оборотов камеры, для доски толщиной 30 мм твердолиственных пород (при сушке в течение двух суток) - 15 оборотов, хвойных пород (при сушке в течение суток) - 30 оборотов камеры в месяц.

Вода, испаряющаяся из древесины (около 250 л на 1 м 3 пиломатериала), конденсируется на металлических стенках камеры, а также в теплообменнике-конденсаторе (если таковой предусмотрен конструкцией). Конденсат сливается в канализацию.

Коротко о некоторых особенностях конструктивного исполнения установок для пресс-вакуумной сушки древесины «Энергия» (производитель - ООО «Энергия-Ставрополь», Россия), а также WDE Maspell (производитель - компания WDE Maspell srl, Италия). В этих установках применяются водяные плоские нагреватели. В камерах других производителей, например, ООО «МВ-Импульс» и ООО «Вояджер-Восток» (обе компании находятся в Уфе), применяются нагреватели с электрическими омическими греющими элементами. Камеры фирмы WDE Maspell комплектуются электрическими водяными котлами, а конструкция камер компаний «Энергия-Ставрополь» позволяет использовать в качестве источников нагрева как электрические, так и газовые водонагревательные котлы.

Соотношение стоимости 1 МДж тепловой энергии, полученной при использовании электроэнергии, пропана и природного газа, составляет сейчас 15:7:1 соответственно, поэтому выгоднее всего для сушки древесины использовать котлы, работающие на природном газе. Понятно, что качество высушенного пиломатериала не зависит от вида используемого энергоносителя, а определяется технологическими режимами сушки и корректной работой автоматики.

Текст: Сергей Бондарь

1. Типы оборудования
2. Отличительные характеристики
3. Конвективная сушка
4. Вакуумная сушилка
5. Аэродинамическая камера
6. СВЧ камера
7. Вентиляция
8. Тепловые агрегаты
9. Увлажнение
10. Подача пиломатериала

Каждый деревообрабатывающий комбинат, который заготавливает лес и использует его в промышленных целях, стремится повысить рентабельность производства, с учетом соблюдения технологии обработки пиломатериала. Технология принудительной сушки древесины различными методами была разработана более полувека назад (естественные сушилки для дров не в счет). Инженеры совершенствовали оборудование для этих целей. В чем состоит преимущество каждого из видов сушильных систем?

Типы оборудования

Все сушильные камеры, которые используются для обработки древесины, бывают нескольких типов:

• аэродинамические (индуктивные);
• конвективные;
• вакуумные (пресс-вакуумные);
• диэлектрические.

Наиболее сходными по цене и распространенными являются конвективные сушильные камеры.

Применение остальных видов оборудования сопряжено с ограничениями, связанными со сложностями технических условий. Аэродинамическая сушильная камера требует большого расхода электроэнергии, что существенно увеличивает эксплуатационные расходы предприятия и приводит к удорожанию пиломатериала. То же можно сказать и о наиболее эффективных диэлектрических образцах.

Вакуумная сушильная камера, ее оборудование и обслуживание, стоит дорого, поэтому далеко не каждое предприятие может приобрести такую линию, если это небольшая лесопилка или ДОК. Конденсационная сушка тоже требует больших финансовых вложений. Процесс извлечения влаги из доски протекает вдвое дольше, чем того требует популярная конвекционная сушилка для дерева.

Способы сушки

Конвекционный способ обработки пиломатериала нашел наибольшее распространение. Многие поставщики леса останавливают свой выбор на нем.

Конвективная сушка

В конвективных камерах может сушиться дерево любой породы, а это одно из главных преимуществ оборудования. Оно отличается простотой конструкции и надежностью работы. Процесс нагрева осуществляется при помощи газообразного агента, в роли которого выступает пар, топочный газ или раскаленный воздух . Условия создаются влагой, высвобождаемой из древесины, а ее излишки удаляются наружу вентиляцией. Существенная экономия электроэнергии объясняется малым обменом воздуха (не более 2% от общей массы).

Представители деревообрабатывающих предприятий заказывают у производителей готовую конструкцию сушильной системы, изначально укомплектованную конвекционным оборудованием, или же приобретают аппаратуру отдельно и устанавливают ее в ангар своими силами. Устанавливая сушилки самостоятельно, надо соблюдать ряд правил, при нарушении которых сушилка для досок не даст результата.

Корпус сушки изготавливают из выносливой углеродистой стали или алюминия с антикоррозийным покрытием. Он устанавливается на монолитно-столбчатый фундамент.

Все оборудование: усилители, дефекаторы и другие устройства – производятся из алюминия. Конвективная камера утепляется минватой и собирается с соблюдением СНиПа с обязательным учетом климатической зоны. Ниже на фото размещена схема конвективной сушки.

Вакуумная сушилка

Вакуумную сушилку обычно устанавливают для ценной древесины, вроде венге , палисандра или тика. Она подойдет для любых лиственных и хвойных пород, но такая дорогая покупка для обработки бюджетного сырья будет нецелесообразной. Принцип действия агрегатов этого типа основан на конвекционном нагреве древесины по аналогии с предыдущим вариантом, однако отвод влаги обеспечивает вакуум, который способствует протеканию процесса при более низких температурах. Вакуумная система сушки исключает агрессивное термическое воздействие и уберегает натуральный материал от растрескивания .

При поднятии температуры до отметки в 65 ˚C срабатывает автоматика, управляющая котлом, он отключается, поверхность древесины остывает, а влажность из глубинных волокон поступает к более сухим слоям материала. Вакуумная сушильная камера за один цикл может повторять такой процесс более двухсот раз, что способствует равномерному распределению влаги по всему сырью. Ее конечное значение в итоге составляет 4–6%. Обладая техническими навыками, сушилку можно создать своими руками, поэтому самодельная камера такого типа не редкость.

Аэродинамическая камера

Аэродинамические сушильные камеры имеют форму металлических коробов, отделанных листами профнастила. Конструкции пригодны для загрузки пиломатериала объемом от 3 до 25 м 3 и подходят для всех пород дерева. Преимущество оборудования состоит в максимальной автоматизации, а это позволяет минимизировать рабочий штат . Каркас камеры изготавливают из цельного листового металла, который монтируют на несущий остов. Конфигурация сушильной коробки подойдет в том случае, если подача леса осуществляется железнодорожным транспортом. Внутри камеры устанавливаются сборщики конденсата.

Процесс сушки проходит под воздействием аэродинамики: прогретый до нужной температуры воздух циркулирует внутри помещения, для чего в нем устанавливается вентилятор. Способ управления системой аэродинамической сушки прост и состоит в нажатии кнопки «пуск» на старте процесса. По его завершении срабатывает вентиль, и камера открывается.

СВЧ камера

Камеры СВЧ относятся к оборудованию нового поколения и производятся в виде замкнутой металлической емкости. Сушильная камера для пиломатериалов функционирует под воздействием СВЧ волн так же, как это происходит в микроволновой печи. Универсальные сушки этого типа позволяют загружать материал любого размера и сорта . Излишки влаги удаляются из внутреннего пространства помещения при помощи реверсивных вентиляторов. Основной причиной отказа от такой покупки становится высокая цена оборудования, хотя по эффективности оно приравнивается к диэлектрическому, которое в нашей стране практически не используется из-за огромного расхода энергии и высокой цены. Примерная стоимость установки более 1 000 000 рублей.

Основные элементы сушильных камер

Независимо от того, какой тип камеры будет выбран, главное условие успеха состоит в том, чтобы оборудование было высококачественным и соответствовало всем современным требованиям. Автоматизация процесса многократно повышает его эффективность и сводит участие человека к минимуму. Что входит в комплектацию камер для сушки дерева, и какими качествами должен обладать каждый элемент?

Вентиляция

Вентиляторы в сушильной камере отвечают за равномерное распределение горячего воздуха. Согласно нормативам ГОСТ, скорость движения воздуха внутри камеры должна составлять в пределах 3 м/сек, с чем могут справиться только мощные высокопроизводительные вентиляторы, схема подключения которых соответствует роторному или осевому принципу.

Тепловые агрегаты

Устройства подбирают в зависимости от модели и мощности сушилки, а теплогенератором может служить электрический калорифер или теплообменник, который будет нагнетать тепло и направлять ее на доски. Котлы для сушильных камер могут функционировать на любом виде топлива. Лучше, если это будут отходы древесного производства , так как их цена самая низкая из всех энергоносителей.

Увлажнение

Уровень влажности в камерах, где сушатся пиломатериалы, регулируется при помощи вытяжек и специальных увлажнителей. При их запуске в работу вступает сложная система взаимодействия электромагнитного клапана, форсунок и коммуникационных магистралей. Вытяжка же осуществляется по следующему принципу: при понижении уровня влажности автоматика отключает вентилятор, и работа вытяжки прекращается, а увлажнение воздуха обеспечивается испарением жидкости, попадающей на форсунку в момент открывания клапана. В момент повышения влажности процесс идет в обратной последовательности, то есть клапан перекрывается, и в работу быстро вступает вентилятор.

Подача пиломатериала

Пути подачи доски планируют на этапе проекта камеры, а сама рельсовая система монтируется при сборке конструкции. Сначала прокладывают рельсы, затем на них устанавливают тележки для штабелирования пиломатериала. Сырье укладывают на подвижную тележку и перемещают в камеру, а по окончании сушки выкатывают на улицу, калибруют и отправляют на производство.

Сушка древесного пиломатериала производится преимущественно с использованием вакуумной сушильной камеры. Технологическая операция заключается в как можно более быстром испарении влажности при максимально сниженном давлении.

Сама сушильная камера внешне выглядит как металлический цилиндр, производится она из котельного железа. Длина устройства составляет до 40 м, а диаметральный размер примерно равен 2 м. Камера закрывается герметично, температура внутри нее может выставляться в диапазоне от 50° до 90°. Нагрев происходит путем подачи водяного пара по трубам, которые располагаются равномерно вдоль внутренних стен цилиндра.

В качестве сырья в прибор загружаются доски толщиной до 25 мм, прогрев при этом происходит в течение 1 часа. Если используются доски толщиной в 50 мм, длительность стадии прогрева увеличивается до 2 часов. После этого подача пара завершается и начинается откачка воздуха из камеры. Благодаря тому, что она закрыта герметично, происходит формирование 90%-ного вакуума. Это состояние длится в 2 раза дольше предыдущей стадии и составляет от 2 до 4 часов. Происходит испарение остатков влаги с сопутствующим снижением температуры. Когда датчики внутри камеры показывают 30°, прекращается работы вакуумного насоса. Далее происходит повтор итераций с нагрева до выкачивания воздуха, проходит от 7 до 12 таких циклов с перерывами между ними.

Общее время, которое занимает сушка сосновой доски толщиной 75 мм до влажности не более 10% составляет 3 суток при изначальном содержании влаги в брусе 70% . Если происходит сушка досок с такими же показателями влажности, но их толщина не превышает 25 мм, то длительность процесса сокращается до 24 часов.

Регулировка режима просушивания в вышеописанной вакуумной камере затруднена, что делает устройство применимым только к работе с однородным сырьем.

При разработке вакуумной компрессионной камеры для сушки применялись новейшие технологические решения. Прибор сочетает лучшие черты классических камер и полезные новшества. Основной отличительной чертой такой камеры является ее универсальность, ведь в ней можно производить сушку досок самого разнообразного уровня качества. Процесс идет быстрее, чем в стандартной конвективной камере. Допустимо высушивание цельного кругляка, при этом исключено появление трещин как снаружи, так и изнутри.

Сушка в компрессионной камере дает возможность произвести изменения в цвете материала по желанию заказчика, перемена может быть настолько радикальной, что исходная порода становится совершенно неузнаваема.

С помощью сушки также можно снизить гигроскопичность пиломатериала, таким образом нивелируя недостаток сырья, который зависит колебаний влажности в атмосфере, происходящих во время роста дерева. Компрессионная камера позволяет работать с досками заданной нелинейной формы. Значения рабочего давления внутри устройства невысоки, поэтому устройство не попадает в зону внимания инспекции Котлонадзора.

Во время сушильного цикла происходит перманентное увеличение температуры воздуха, что служит причиной повышения влагоемкости сушильного агента. Полностью автоматически регулируется снятие влаги с доски. Испарение жидкости из бруса объясняется влиянием перепада уровня влажности и находится в зависимости от коэффициента влагопроводимости. Влагоемкость сушильного агента вырастает вместе с его давлением: это происходит вместе с поднятием температурных значений с той целью, чтобы обеспечить безопасность процесса сушки. Чем выше давление сушильного агента, тем больше температура кипения воды (при заданной температуре). Теплоподача заканчивается в тот момент, когда происходит достижение заданных заранее параметров, среди которых равновесная влажность доски в определенных условиях (в физической среде горячего пара в условиях высокого давления). В основе вычисления необходимых параметров лежит диаграмма равновесной влажности дерева для атмосферного давления.

Вплоть до прекращения подачи тепла принцип работы вакуумной конвекционной сушильной камеры не отличался от стандартной конвекционной сушки за некоторыми исключениями. Применяются более высокие температурные значения, которая позволяет ускорить сам процесс высушивания; исключается возможность обмена влагой с элементами внешней среды, это возможно за счет увеличения влагоемкости внутри самого прибора. Происходит автоматизированный запуск конденсационной установки. Она, в соответствии с заданной ранее программой, осуществляет изменение температуры в меньшую сторону, также происходит программное уменьшение давления и уровня влажности сушильного агента. Уменьшение температурных значений и давления происходит в том темпе, который задают толщина доски и то, какая порода дерева проходит сушку в данный момент. Между давлением внутри самого бруса и наружным давлением появляется существенная разница. Далее происходит выдавливание влаги из бруса за счет разницы давления. Далее благодаря перепаду температуры происходит охлаждение поверхности доски. И после этого устройство начинает функционировать как вакуумная камера стандартной конструкции с небольшой разницей в интенсивности (из-за использования более высоких температурных значений). В процессе появляется конденсат, для которого предусмотрена автоматическая система слива. Сброс влаги происходит по достижении ею определенного объема, происходит снижение давления в сушильной камере сначала до уровня атмосферного, а после этого — еще ниже. В это время не осуществляются энергозатраты на то, чтобы создавать разреженную. среду, технологический процесс с этого момента течет согласно классическим термодинамическим законам. Поддерживается равновесная влажность сушильного агента, которая находится в соответствии с заданным конечным значением процента влажности древесины. Идет кондиционирование: влажность распределяется равномерно как в масштабах одного бруса, так и общем объеме пиломатериала.