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木材的干燥大气干燥与人工干燥方法

文章来源:本站   发布时间:4/11/2013 12:41:39 PM   浏览量:
 

        木材的干燥方法可分为大气干燥与人工干燥两大类。

        大气干燥

        大气干燥(Air drying)简称为气干,是自然干燥的主要形式,分为自然气干和强制气干两种。

        自然大气干燥(Natural drying)是一种古老而又简单的干燥方式。它是把木材按照一定的方式堆放在空旷的场院(又称板院)或棚舍内,由自然空气流过材堆(Stack),使木材内水分逐步排出,以达到干燥的目的。它的特点是简单,不需要太多的干燥设备,节约能源;但这种方法占地面积大,干燥时间长,干燥过程不能人为控制,受地区、季节、气候等条件的影响;终含水率(10~20%)较高,在干燥期间易产生虫蛀、腐朽、变色、开裂等缺陷。所以,单纯的气干在实际生产中比较少见。

        强制大气干燥(Forced air drying)是自然大气干燥的发展,它是指在板院或者棚舍内用通风机提供1m/s左右的风速来缩短干燥时间的方法。强制气干的干燥质量较好,木材不致霉烂变色,可以减少端裂(End check),干燥时间较普通气干约可缩短1/2~2/3,但干燥成本约增加1/3。

        人工干燥

        人工干燥(Artificial drying)方法种类很多,其特点是采用适当的干燥设备,干燥过程可人为控制,干燥周期比大气干燥短,干燥过程不受地区、季节与气候的影响,干燥的最终含水率可根据实际需要人为控制,可保证木材的干燥质量。

        常规与高温干燥

        常规干燥(Usual drying)是指以湿空气(Moist air)作干燥介质,以蒸汽(Vapor)、热水(Hot water)、炉气(Furnace gas)或热油(Hot oil)为热媒,间接加热湿空气,湿空气以对流换热方式为主加热木材,干燥介质温度在100℃以下的干燥方法。常规干燥中又以蒸汽为热媒的干燥室居多,一般简称蒸汽干燥。以炉气为热媒的常规干燥,在我国南方非采暖地区的中小型木材厂中占有相当的比例,由于它能处理厂内的木废料,又能降低干燥成本,故受到一些干燥量不太大的工厂的欢迎。土法建造的简易干燥室,在我国及一些不发达国家中,环境要求不高的地区仍较盛行。以热水为热媒的常规干燥,由于热水锅炉的价格比蒸汽锅炉低得多,故在一些不需要高温干燥,且干燥量不大的工厂有上升的趋势。以热油为热媒的常规干燥,目前在国内外的应用相对较少。

        高温干燥(High temperature drying)与常规干燥的区别是干燥介质温度在100℃以上,一般在120℃~140℃。其干燥介质可以是湿空气,也可以是常压、高压过热蒸汽。高温干燥的优点是干燥速度快、尺寸稳定性好、干燥周期短,但高温干燥易产生干燥缺陷(Drying defects),材色变深,表面硬化(Case hardening),不易加工。高温干燥一般用于干燥针叶材,目前在新西兰、加拿大、澳大利亚、美国、日本等国较盛行,如用于干辐射松、柳杉等建筑用材。常压过热蒸汽干燥(Superheated steam drying)方法在我国兴起于七十年代,其特点是传热系数大、热效率高、节能效果显著、无爆炸和失火危险。这种方法对于薄而且易干的木材具有良好的干燥效果,但干燥室的气密性和防腐蚀性等技术问题还有待进一步研究解决。所以,这种干燥方法至今并没有得到广泛的使用。

        除湿干燥

        除湿干燥(Dehumidification drying)和常规干燥的原理基本相同,也是以湿空气作干燥介质,湿空气以对流换热为主的方式加热木材。常规干燥是以换气的方式降低干燥介质湿度,热损失较大;除湿干燥是湿空气在除湿机与干燥室间进行闭式循环。它依靠空调制冷和供热的原理,使空气冷凝脱水后被加热为热空气,再送回干燥室继续干燥木材。湿空气脱湿时放出的热量依靠制冷工质回收,又用于加热脱湿后的空气。除湿干燥虽然具有节能、干燥质量好、不污染环境等优点,但通常温度低、干燥周期长,依靠电加热,电耗高,因而影响了它的推广应用。在日本、加拿大等国,一般用除湿干燥作为预干(Predrying)。

        太阳能干燥

        太阳能干燥(Solar drying)是利用太阳辐射的热能加热空气,利用热空气在集热器与材堆间循环来干燥木材。太阳能虽然是清洁的廉价能源,但它是受气候影响大的间歇能源,干燥周期长,单位材积的投资较大,故太阳能的推广受限。为缩短干燥周期,太阳能干燥通常与其它能源如蒸汽、炉气及热泵等联合干燥。

        高频与微波干燥

        高频(High freguency drying)和微波干燥(Microwave drying)都是以湿木材作为电介质,在交变电磁场的作用下使木材中的极性分子作极性取向运动,分子之间产生碰撞或摩擦而生热,使木材从内到外同时加热干燥。高频与微波干燥的区别是前者的频率低、波长较长,对木材的穿透深度较深,适于干燥大断面的木材。微波干燥的频率比高频更高(又称超高频),但波长较短,其干燥效率比高频高,但对木材的穿透深度不及高频干燥。这两种干燥方法的优点是干燥速度快,木材内温度场比较均匀,残余应力(Residual stress)小,干燥质量较好;缺点是投资大、电耗高,同时若功率选择不同,功率过大或干燥工艺控制不当,易产生内裂(Internal check)和炭化(Char)。

        真空干燥

        真空干燥(Vacuum drying)是木材在低于大气压的条件下实施干燥,其干燥介质可以是湿空气或过热蒸汽(Superheated steam),但多数是过热蒸汽。真空干燥时,木材内外的水蒸气压差增大,加快了木材内水分迁移速度;同时由于真空状态下水的沸点低,可在较低的温度下达到较高的干燥速率,干燥质量好,特别适用于透气性好或易皱缩(Collapse)以及厚度较大的硬阔叶材。近十几年来真空过热蒸汽干燥在丹麦、德国、法国、加拿大、日本等国已有工业应用,效果良好。但真空干燥设备投资大、电耗高,同时真空干燥容量一般比较小。目前我国真空干燥的应用较少。

        远红外干燥

        远红外干燥(far-infra-red drying)是指木材在远红外线的照射下,木材中的水分子吸收了远红外线的辐射能,使水分子产生共振,从而将电磁能转化为热能来加热木材,以达到干燥木材的目的。红外线是一种电磁波,波长范围为近红外线0.72~2.5微米,远红外线2.5~1000微米;木材干燥中使用的远红外线波长范围为5.6~25微米。远红外线木材干燥的优点是设备简单,干燥基准易于调节;缺点是电能消耗较大,干燥成本较高,红外线穿透木材的深度有限,干燥不均匀,易产生干燥缺陷,还易引起火灾等,目前极少应用。

        压力干燥

        压力干燥(Press drying)是八十年代出现的一种木材干燥方法,它是将木材置于密闭的干燥容器内,一方面提高木材的温度,另一方面提高容器内的压力,使木材中的水分在较高温度条件下开始汽化与蒸发,从而达到干燥木材的目的。这种干燥方法的特点是:干燥质量非常好,干燥周期较短;但能耗较大,容器的容积较小,生产量不大;另外成材加压干燥后颜色变暗,在节子周围会出现较大裂纹;此种干燥方法的设备腐蚀问题,干燥工艺、干燥基准,有待进一步研究。

        溶剂干燥

        溶剂干燥(Solvent drying)是一种很少见的木材干燥方法。它是把湿木材放在嫌水性溶剂中,提高溶剂的温度,加热木材,使木材中的水分汽化和蒸发。这种溶剂的特点是不吸收木材中的水分,也不增加木材的湿度,干燥速度较快,设备简单、易于建造、工艺操作方便,但木材经过干燥后力学强度有所降低,不利于胶合和涂饰。常用的嫌水性溶剂有:石蜡油、硫磺等。
 

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