Интенсификация процессов тепломассообмена при термовлажностной обработке пилопродукции

Интенсификация энергоемких процессов сушки (средний КПД сушильных установок редко превышает 33%) приводит не только к экономии топлива, энергии и капитальных зат­рат, но и позволяет обеспечивать необходимые качественные показатели продукции. Разработка методов и приемов интенсификации процессов тепломассообмена в сушильных установках (СУ) требует наличия информации о процессах, развивающихся в их элементах, которая, однако, часто по своему объему недостаточна, и требуется принятие конкретных технических решений в условиях неопределенности.

Для решения этой задачи особенно эффективно применение методов математического моделирования сушильных и смежных процессов на ЭВМ, а также комплексных экспериментальных исследований по гидродинамическому усовершенствованию существующих рабочих камер и технологических процессов.

Как правило, при выявлении резервов рационального энергоис­пользования в малогабаритных СУ отмечается неравномерность скорости сушки, связанная с неправомерностью тепло- и массообмена в различных зонах по высоте штабелей пиломатериалов, что во многом предопределяет технологический брак выпускаемой продукции, а также дополнительный рост нерасчетных капитальных и энергетических затрат. По отмеченной причине до 5% высушиваемого материала в сушильных камерах итальянской фирмы Copcal сушильного цеха деревообрабатывающего завода ОАО «Братский завод столярных изделий» имеют не только повышенное влагосодержание, но и брак в виде коробления и растрескивания, которые также проявляются и в готовых изделиях, из-за образования недопус­тимо больших остаточных внутренних напряжений вследствие нарушений режимов сушки из-за неравномерности распределения полей скоростей сушильного агента по поперечному сечению рабочей камеры, а значит, и полей влагосодержания.

Прямой промышленный эксперимент, проведенный с целью оценки аэродинамических характеристик в одной из камер сушки, подтвердил это предположение. Сушильные камеры Copcal периодического действия с продольной циркуляцией воздуха и поперечным размещением штабелей в камере предназначены для сушки пиломатериалов при изготовлении деталей для производства оконных блоков, дверей с эксплуатационным влагосодержанием древесины − 8−12%. Исследование скоростного режима было проведено на участке подачи и распределения сушильного агента в рабочую камеру. В рабочей зоне сушильной камеры размещается поперек потока сушильного агента 4 штабеля пиломатериалов, в каждом из которых по три вертикально расположенных пакета единичным объемом 4 м³ доски.

Опытные исследования аэродинамики камеры в производственных условиях на «холодных» режимах подтвердили наличие различных скоростей сушки по высоте штабелей из-за неодинаковых гидродинамичес­ких условий. Так, например, отмечается значительная неравномерность как продольных (вблизи торцов пиломатериалов рост скорости сушильного агента составляет до 21%), так и вертикальных профилей скорости (падение скорости до 44%, а также наличие обратных потоков в верхней и повышение скорости почти в 2 раза в нижней части камеры) в рабочей зоне участка подачи и распределения теплоносителя.

Анализ эпюр скоростей в узле подачи и распределения сушильного агента как по вертикальным, так и по горизонтальным сечениям показал наличие (особенно в вертикальном сечении непосредственно перед первым штабелем сушильного материала) обширной застойной зоны с обратным движением теплоносителя в верхней части на выходе в рабочую зону камеры. Последнее и предопределяет неблагоприятные условия для сушки не только верхнего пакета первого штабеля, но и, очевидно, последующих штабелей высушиваемого материала по длине рабочей зоны.

В результате выполненных опытных и численных исследований были выявлены такие форма и место расположения распределительного устройства, которые позволили получить практически равномерную эпюру скорости перед первым штабелем сушильного материала. Равномерный энергоподвод, а значит, и равномерная интенсивность сушки пиломатериалов позволяет не только снизить технологический брак из-за повышенного влагосодержания, но и улучшить качество выпускаемой продукции за счет уменьшения пересыхания материала.

Снижение брака из-за указанных выше причин только на 1% позволит дополнительно получить порядка 4,8 м³ в год кондиционной продукции на одну сушильную камеру, или 24 м³ в целом по заводу.

по материалам исследований представителей Братского государственного университета и Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии В. Н. Федяевой, А. А. Федяева, П. А. Федяева, Г. С. Варанкиной, К. Г. Брутяна