Повышение эффективности и качества сушки пиломатериалов твёрдолиственных пород
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………….……………………… 4
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ………….………………..…………………….. 8
1.1. Эффективность и качество сушки пиломатериалов………………. 8
1.2. Строение древесины лиственных пород…………………………… 11
1.3. Особенности технологии сушки древесины твердолиственных 16
пород ………………………………………………………………….
1.4. Выводы….………………………….…..…………………….……….. 27
1.5. Задачи исследований ………………….…….……………………… 28
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА
ДРЕВЕСИНЫ ТВЕРДОЛИСТВЕННЫХ ПОРОД ………..……….……. 29
2.1. Моделирование процессов взаимодействия древесины с
водой……….…………………………………..…………………….. 30
3. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ……………………………… 35
3.1. Экспериментальные лабораторные исследования…………………… 35
3.2. Статистическая обработка экспериментальных данных …………. 35
3.3. Вычислительный эксперимент.…………………………………….. 36
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ…….. 41
4.1. Вычислительный эксперимент……..………………………………. 41
4.2. Оптимизация БЭР сушки пиломатериалов.……………………….. 49
4.2.1. Постоянные и переменные факторы при проведении
вычислительного эксперимента. Выходные параметры………….. 49
4.2.2. План проведения вычислительного эксперимента и его
реализация…………………………………………………………… 50
4.2.3. Постановка комплекса задач оптимизации и их решение ……….. 81
4.2.4. Выводы……………………………………………………………….. 85
4.3. Экспериментальное исследование ………………………………… 86
4.3.1. Постановка и проведение эксперимента ………………………….. 86
4.3.2. Результаты эксперимента и их обработка …………………………. 95
4.3.3. Сравнительный анализ результатов эксперимента с данными
теоретических исследований ………………………………………. 112
4.4. Оценка технико-экономической эффективности использования
результатов работы …………………………………………………. 113
4.5. Выводы ………………………………………………………………. 114
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ …………………………………… 116
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ……………………………………….. 118
ПРИЛОЖЕНИЕ ……………………………………………………………….. 137
Во введении показана актуальность темы диссертационной работы,
сформулирована ее цель, научная новизна, научные положения, выносимые на
защиту, структура и объем работы, а также ее реализация и апробация.
В первом разделе «Состояние вопроса» проведен обзор применения
режимов сушки пиломатериалов.
Исследованиями тепловых свойств древесины в различные годы
занимались К.Р. Кантер, А.П. Комиссаров, Г.С. Шубин и Э.М. Щедрина,
Б.С. Чудинов, Н.М. Кириллов, а среди зарубежных ученых – F. Kollmann и
многие другие.
Важным является вопрос об оценке эффективности самого процесса сушки
пиломатериалов. С повышением ставки НДС произошел значительный рост
тарифов на тепло и электроэнергию в Российской Федерации, в связи с этим
решение вопроса снижения энергоемкости продукции деревообрабатывающих
предприятий является актуальным, так как в настоящее время доля
энергетических затрат в структуре себестоимости продукции достигает
20 – 30%
Переходпроизводственныхмощностейдеревообрабатывающих
предприятий на применение энергосберегающих технологий – является особо
важным направлением в области повышения эффективности хозяйствования
предприятийв рыночных условиях. По мнению ряда исследователей,
эффективность процесса сушки может быть оценена расходом энергии на 1 м3
пиломатериалов.
В то же время сушка древесины, в частности пиломатериалов, является
продолжительным и весьма энергоемким процессом.
В российской промышленности применяется, в основном, система
трехступенчатых режимов сушки, разработанная в СССР ещё в 70-е – 80-е годы
прошлого века. Разработка этой системы происходила в несколько этапов:
десятиступенчатые режимы, восьмиступенчатые режимы, шестиступенчатые и,
наконец, трехступенчатые.
В современных условиях, когда автоматическое управление камерой стало
нормой, режим сушки может иметь сколь угодно много ступеней, а в пределе
стать просто бесступенчатым. Структура бесступенчатого режима сушки
приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Структура бесступенчатого
режима сушки
tс =- температура среды;
Wр =- равновесная влажность
древесины
При этом необходимые законы изменения tс и Wр от влажности древесины
могут быть достаточно просто реализованы современными системами
автоматического управления лесосушильными камерами. Следует также
отметить, что строгий контроль за величиной tс и Wр в процессе изменения
влажности древесины делает процесс влагообмена древесины со средой
относительно управляемым.
Задача о повышении эффективности и качества сушки пиломатериалов
может рассматриваться как оптимизационная. В то же время эффективность
сушки однозначно определяется затратами энергии на сушку 1м3
пиломатериалов.
Таким образом, анализ состояния вопроса позволил сформулировать
задачи исследования:
1. Провеститеоретическиеисследованияпомоделированию
влагопереноса в древесине твёрдолиственных пород.
2. Провести аналитическое исследование кинетики и динамики сушки
древесины твёрдолиственных пород существующими режимами и
бесступенчатымиэнергосберегающимирежимамипутем
компьютерного моделирования процесса сушки.
3. Провестиэкспериментальнуюпроверкутехнологиисушки
пиломатериаловтвёрдолиственныхпородбесступенчатыми
энергосберегающими режимами.
4. Определитьэкономическуюэффективностьбесступенчатых
энергосберегающих режимов сушки пиломатериалов.
Во втором разделе «Определение параметров тепломассопереноса
твердолиственных пород» рассмотрены вопросы моделирования процессов
тепломассообмена древесины в процессе ее сушки.
В теории сушки древесина представлена как коллоидное капиллярно-
пористое тело. При анализе процессов взаимодействия древесины с водой Б.С.
Чудинов предложил ряд моделей пористой структуры древесины с
постоянными капиллярами различной формы сечения. Однако моделей для
клеточной стенки с учетом ее коллоидной природы предложено не было. Такая
модель была разработана А.Г. Гороховским.
В основу модели коллоидной капиллярно-пористой структуры древесины
положены следующие принципы:
1. Свободная влага располагается в системе макрокапилляров, а связанная
– в системе микрокапилляров.
2. Система макрокапилляров древесины моделируется следующими
анатомическими элементами (таблицы 1 и 2)
• хвойные породы – ранние и поздние трахеиды;
• лиственные породы – сосуды (с учетом сердцевинных лучей) и древесные
волокна.
3. Система непостоянных микрокапилляров представляет собой
совокупностьцилиндрическихотверстийвклеточныхстенках
древесины, радиус которых функциональнозависитотвлажности
древесины в гигроскопической области.
rk 8,2 106W 4 5,537 104W 3 0,013W 2 0,159W ,(1)
где W – влажность древесины, %.
4. К допущениям при моделировании относится то, что пористость
клеточной стенки непропорциональна базисной плотности древесины.
5. Расчет параметров модели производится на объем древесины 1 см3 в
абсолютно сухом состоянии, с площадью торца 1 см2.
Таблица 1 – Содержание анатомических элементов в древесине некоторых
хвойных пород
ТрахеидыВертикаль-
Сердцевин-ныеПорис-тость,
Порода
ранние, %поздние, %ные лучи, %смоляные%
ходы, %
Сосна59 (55-65)25 (20-30)12468,6
Лиственница48 (45-55)40 (35-45)10258,5
Таблица 2 – Содержание анатомических элементов в древесине некоторых
лиственных пород
Древесные волокна
Сердцевинные лучи,
Пористость, %
паренхима, %
либриформа, %
Древесная
Волокнистые
трахеиды, %
трахеиды, %
Сосудистые
Волокна
ПородаСосуды,
%
%
Береза
25127392,01559,5
(рассеяно-
сосудистая)(20-30)(10-20)
Дуб
(кольцесо-255281522557,2
судистая)
Расчет внутренней поверхности клеточной стенки для каждой породы
древесины производится по формуле
F = 0,5ρб, м2(2)
где ρб – базисная плотность древесины, кг/м3, которая для древесины
следующих пород имеет значения: сосна – 400 кг/м3; лиственница –
550 кг/м3; береза – 500 кг/м3, дуб – 570 кг/м3.
В результате получены расчетные модели для таких параметров
массопереноса как:
– коэффициент влагопроводности аm,
– критерий фазового превращения ε.
Расчетные значения не зависят от температуры и относительной
влажности воздуха. Характер зависимостей показывает существенную
зависимость от влажности, как в пределах гигроскопической зоны, так и за ее
пределами.Общийхарактерзависимостей соответствуетвиду
экспериментальных кривых, полученных W. Wissmann и H. Shauss.
В третьем разделе «Общие методические положения» приведены:
методика проведения вычислительного эксперимента;
методика экспериментальных исследований;
методика математической обработки результатов эксперимента
математическое моделирование по результатам многофакторных
экспериментов.
Методика экспериментальных исследований разработана для сушки
пиломатериалов в полупромышленной камере с принудительной циркуляцией
агента сушки, установленной в лаборатории сушки ОАО «УралНИИПДрев»
(таблица 3).
Таблица 3 – Технические характеристики камеры
№
Наименование показателяЗначение
п/п
1.Объемразовойзагрузки(вусловном14,77
пиломатериале), м
2.Система нагрева агента сушки:
– тип – электрические калориферы
– максимальная мощность, кВт45,0
– максимальная температура в камере, 0С95,0
3.Количество вентиляторных узлов3
4.Система контроля и автоматического управления:
– контроль и автоматическое регулированиеда
температуры по сухому термометру
– контроль и автоматическое управление степенида
насыщенности среды
– контроль (и запись в непрерывном режиме)да
текущей влажности пиломатериалов
– система оптимального управления сушкойда
Для проведения сушки в камере формируется штабель шириной и высотой
2,0 м, длиной 6 м. Ряды пиломатериалов отделены друг от друга
калиброванными прокладками толщиной 25 мм.
Система управления камерой позволяет реализовать любую структуру
режима в пределах её технических возможностей.
При проведении экспериментов были использованы две структуры
режимов:
– нормативная – согласно руководящим техническим материалам по
технологии камерной сушки древесины (РТМ);
– структура бесступенчатых энергосберегающих режимов.
После определения режимных параметров их значения вводятся в систему
управления камерой и далее сушка проводится в автоматическом режиме.
В четвертом разделе «Исследование процесса сушки пиломатериалов»
проведено компьютерное моделирование процессов сушки пиломатериалов
режимами различной структуры в результате, которого получено, что режимы
сушки пиломатериалов, предлагаемые РТМ различных лет издания, не могут
обеспечить качество сушки выше III категории качества по разбросу конечной
влажности досок в штабеле, характеризуемым средним квадратическим
отклонением влажности.
Задача повышения показателей эффективности и качества сушки
пиломатериалов может рассматриваться как оптимизационная.
Однако для проведения процедуры классической оптимизации необходимо
наличие оптимизационной модели, включающей целевую функцию и систему
ограничений, которая строится на основе математического описания объекта
оптимизации. В данной работе построение математического описания объекта
оптимизации, в качестве которого рассматривался режим сушки
пиломатериалов, проводилось на базе специально спланированного
вычислительного эксперимента.
Предлагаемая нами система бесступенчатых режимов позволяет
назначать режим сушки пиломатериалов по требуемой категории качества. С
одной стороны, это увеличивает количество режимов, а с другой стороны
существенно упрощает выбор.
При этом уравнения регрессии для конкретных выходных параметров
имеют вид.
Продолжительность сушки до влажности W=12% (τ1):
y1 24780 3128 x1 1657 x 2 2747 x3 2002 x4 4578 x5 333.636 x12 333.636 x 22
403.636 x32 83.636 x 42 523.636 x52 266.25 x1 x2 1371 x1 x3 241.25 x1 x 4 466.25 (4)
x1 x5 196.25 x 2 x3 283.75 x2 x4 316.25 x 2 x5 21.25 x3 x4 621.25 x3 x5 83.75 x 4 x5
Продолжительность сушки до влажности W=7% (τ2):
y 2 31150 3978 x1 3814 x 2 4592 x3 1828 x 4 6992 x5 486.667 x12 486.667 x 2 2
1437 x3 2 156.667 x 4 2 936.667 x5 2 746.25 x1 x 2 2371 x1 x3 8.75 x1 x 4 708.75 x1(5)
x5 946.25 x 2 x3 541.25 x 2 x 4 958.75 x 2 x5 116.25 x3 x 4 1184 x3 x5 653.75 x 4 x5
Перепад влажности по толщине доски (Sт):
y3 0,057 3,889 10 3 x1 0,016 x 2 0,012 x3 5,556 10 5 x 4 6,11110 x5 3,939 10 4 x12
3,939 10 4 x 2 2 5,894 10 3 x3 2 1,06110 4 x 4 2 1,06110 4 x5 2 3,75 10 4 x1 x 2 4,125 10 3 x1 x3 (6)
1.25 10 4 x1 x 4 0 x1 x5 1.75 10 3 x 2 x3 0 x 2 x 4 1.25 10 4 x 2 x5 0 x3 x 4 1.25 10 4 x3 x5
1.25 10 4 x 4 x5
Среднее квадратическое отклонение влажности (Sw)
y 4 0,019 2,232 103 x1 2,509 103 x2 2,787 103 x3 1,667 106 x5 5,803 105 x12 5,803 105 x22
9,42 10 4 x32 5,803 105 x42 5,803 105 x52 1,061 105 x1 x2 1,261 103 x1 x3 1,875 10 6 x1 x4 (7)
1,063 105 x2 x3 1.875 10 6 x2 x4 1,875 10 6 x2 x5 0 x2 x4 1,875 10 6 x3 x4 1.063 105 x2 x5
Минимальное значение критерия безопасности режима в течение сушки
(Вmin) :
y5 1,626 0,177 x1 0,55 x2 0,094 x3 0,072 x4 0,061 x5 0.017 x12 0.014 x22 0.03 x32
7.879 10 4 x42 7.288 103 x52 0.01 x1 x2 0.045 x1 x3 0.016 x1 x4 0.016 x1 x4 0.011 x1 x5(8)
333
0.019 x2 x3 2.062 10 x2 x4 5.438 10 x2 x5 1.312 10 x3 x4 0.01 x3 x4 0.014 x4 x5
Задача оптимизации для соответствующей категории качества может
быть сформулирована следующим образом:
I категория качества
2 min
1 x 1
Bmin 1,3 (9)
S w 0,01
ST 0,02
II категория качества
2 min
1 x 1
Bmin 1,2 (10)
S w 0,015
ST 0,03
III категория качества
2 min
1 x 1
Bmin 1,2 (11)
S w 0,02
ST 0,035
Выражения (9 – 11) представляют собой оптимизационные модели, в
которых в качестве критерия оптимальности (целевой функции) используется
зависимость продолжительности сушки от управляющих факторов
вычислительного эксперимента. Ограничения на управляющие факторы даны
аналогично моделям частной оптимизации. Характерной же особенностью
данных оптимизационных моделей является то, что в них присутствуют
ограничения на параметры, характеризующие качество сушки. При этом
величина правой части этих ограничений выбрана с учетом рекомендаций РТМ.
Результаты оптимизации режимов сушки по требуемой категории
качества, полученные с применением процедуры Given – Minimize BC Mathcad,
приведены в таблице 4.
Таблица 4 – Результаты оптимизации режимов сушки по категориям качества
№ п/пУправляющийЗначения управляющих факторов/критериев
фактор/критерийоптимальности при категории качества
качества
IIIIII
1uрн0,20,180,16
2uрк0,080,060,04
3uп10,10,10,1
4tн,°С555555
5tк,°С757575
6τ2, час636,33530,83427,5
7Bmin2,1891,8631,654
8ST0,020,0270,037
9SW0,010,0130,017
Результаты вычислений интерпретированы графически на рисунках 2 – 4.
Рисунок 2 – Кинетика сушки пиломатериала дуба (1 категория качества)
а) Распределение влажности древесины в пространстве параметров времени и толщины
доски;
б) Изменение влажности древесины во времени (1 – средняя влажность, 2 – внутренние слои,
3 – наружные слои);
в) Распределение влажности древесины по толщине доски (для различной величины средней
влажности)
Рисунок 3 – Кинетика сушки пиломатериала дуба (2 категория качества)
а) Распределение влажности древесины в пространстве параметров времени и толщины
доски;
б) Изменение влажности древесины во времени (1 – средняя влажность, 2 – внутренние слои,
3 – наружные слои);
в) Распределение влажности древесины по толщине доски (для различной величины средней
влажности)
Рисунок – 4 Кинетика сушки пиломатериала дуба (3 категория качества)
а) Распределение влажности древесины в пространстве параметров времени и толщины
доски;
б) Изменение влажности древесины во времени (1 – средняя влажность, 2 – внутренние слои,
3 – наружные слои);
в) Распределение влажности древесины по толщине доски (для различной величины средней
влажности)
Цельюэкспериментальных исследованийявляетсяопределение
рациональныхзначенийуправляющихфакторовприреализации
бесступенчатых энергоэффективных режимов сушки.
В качестве основного эксперимента был реализован план типа В3.
Постоянные факторы при проведении экспериментов, а также их значения
приведены в таблице 5.
Таблица 5 – Значение постоянных факторов при проведении эксперимента
№
Наименование фактораЗначение фактора
п/п
1Порода древесиныДуб
Размеры пиломатериалов
– толщина40 мм
– ширина125 – 175 мм
– длина6,0 м
3Вид пиломатериаловОбрезные
4Объём загрузки камеры15,8 м3
5Начальная влажность древесины60 – 70 %
6Конечная влажность древесины8%
Конечное значение температуры агента
сушки75 0С
Переходные влажности древесины для
кривой равновесной влажности агента
8сушки:
uп10,1
uп20,35
Функции отклика по выходным параметрам эксперимента имеют вид:
Y 1 580 6,2 x1 3,5 х 2 11,8 x3 5,7 x12 9,3x 22 16,2 x32 7,5 x1 x 2 8,4 x1 x3 4,6 x 2 x3
(12)
Y 2 0,62 0,08 x1 0,065 x2 0,03×3 0,04 x12 0,02 x22 0,01×32 0,1×1 x3 0,06 x2 x3 (13)
Y 3 3,28 0,51×1 0,43×2 0,15×3 0,27 x12 0,58 x22 0,21×32 0,29 x1 x2 0,67 х1 х2 0,36 x2 x3 (14)
гдеY1- продолжительность сушки, час;
Y2- среднее квадратическое отклонение влажности древесины, %;
Y3- расход энергии на сушку, ГДж/м3.
Все экспериментально-статистические модели адекватны.
Внутренние напряжения в древесине после сушки во всех опытах были на
уровне требований I–II категорий качества.
Оптимизация по частным критериям дала следующие результаты.
Y1 = Tсуш = 552 час;
Y2 = S = 0,825 %;
Y3 = N = 5,36 ГДж/м3
При этом получили оптимальные значения управляющих факторов
(таблица 6).
Таблица 6 – Оптимальные значения управляющих факторов
для Tсушдля Sдля N
uрн = 0,18uрн = 0,16uрн = 0,2
uрк = 0,07uрк = 0,08uрк = 0,06
tн = 700Сtн = 600Сtн = 600С
Решение компромиссной задачи осуществлялось методом условного
центра масс.
В этом случае значения выходных параметров процесса сушки составляют:
Tсуш = 620 час;
S = 0,950 %;
N = 6,361 ГДж/м3
Для проведения сравнительного анализа полученных результатов
эксперимента был проведен ряд контрольных сушек пиломатериалов по
нормативным режимам. Результаты данной серии опытов приведены в
таблице 7.
Таблица 7 – Результаты опытных сушек нормативными режимами
Выходные параметры процесса*
Количество
ПродолжительностьСреднеквадратическоеРасход энергии на
сушкиотклонениесушку
сушек
Режим
сушек
Ncp,SN,
Тср, часSТSср, %Ss, %
ГДж/м3ГДж/м3
6–Б862018,32,670,536,10,56
Примечания – 1. Температура на III ступени режима была 80 0С.
2. Внутренние напряжения во всех сушках соответствовали II категории
качества сушки.
3. (*) – средние значения.
Полученные в результате оптимизации путём решения компромиссной
задачи методом условного центра масс значения параметров режима весьма
близко совпадают с полученными в главе 3 путём аналитической оптимизации
параметрами режима для II категории качества (таблица 8).
Таблица 8 – Результаты аналитической и экспериментальной оптимизации
режимов сушки условного пиломатериала
Значения
№Параметры режима / значения
АналитическаяЭкспериментальная
п/пвыходного параметра
оптимизацияоптимизация
1uрн0,1850,173
2uрк0,040,06
3tн, 0 С5563
4tк, 0С7075
5τсушки (Wк = 12 %), час530620
6Sw, % (категория качества)1,3 (II)0,950 (I)
Внутренние напряжения, МПа
71,376 (II)I – II
(категория качества)
Достаточно близко также совпадает время сушки: в эксперименте оно на
14,5 % больше, что можно отнести в первую очередь на идеализацию условий
сушки в вычислительном эксперименте.
Следует отметить, что экспериментально полученные значения среднего
квадратического отклонения влажности древесины существенно, почти в 1,4
раза меньше таковых, но полученных аналитически. При этом по данным
эксперимента этот показатель качества сушки полностью соответствует I
категории качества. Данная методика рассчитана на конечное количество
ступеней режима сушки и для бесступенчатых режимов мы считали, что,
гипотетически, количество ступеней было 10. Очевидно, что для повышения
точности необходимо количество этих гипотетических ступеней увеличить до
20 – 25.
Кроме того, следует отметить, что также достаточно близко совпадают
результатытеориииэкспериментаприсушкенормативными
3-ступенчатыми режимами. Так, продолжительность сушки в эксперименте
отличается от теоретической лишь на 4 %. Есть, как и в предыдущем случае,
расхождения между теорией и экспериментом в отношении Sw. Правда,
справедливости ради, следует отметить, что в данном случае эти расхождения
существенно меньше и составляют порядка 10 %. Это также можно объяснить
тем, что в теории и эксперименте количество ступеней режима было всё-таки
одинаковым – 3.
Следует также отметить, что применение нормативных режимов, как в
теории, так и на практике позволило получить качество сушки
соответствующее только III категории качества.
Проведенная оценка экономической эффективности, показала, что при
годовом объеме сушки 2000 м3 внедрение технологии на основе
бесступенчатых энергоэффективных режимов обеспечивает экономию в
размере 450 тыс. руб., в том числе за счет снижения брака около 180 тыс. руб.
При этом общее снижение себестоимости сушки составляет около 20 %.
Порезультатампроведенныхисследованийпроцессасушки
пиломатериалов можно заключить следующее:
1. Компьютерное моделирование процессов сушки пиломатериалов из
древесины дуба режимами различной структуры показало, что:
– нормализованные РТМ режимы без применения корректирующих
качественныепоказателипроцедур(промежуточныеиконечные
влаготеплообработки, кондиционирующая обработка) обеспечивают качество
по таким показателям как среднее квадратическое отклонение влажности в
штабеле и перепад влажности по толщине доски соответствующее лишь III
категории качества;
– применение влаготеплообработок снижает внутренние напряжения, но не
позволяет получить приемлемые значения перепада влажности древесины по
толщине;
– применение бесступенчатых энергосберегающих режимов сушки
обеспечивает необходимые «эффективности» сушки при её приемлемой
продолжительности без применения влаготеплообработок, кондиционирующей
обработки и т.п.
2. Выбранные в качестве управляющих факторов параметры режима
сушки позволяют эффективно управлять выходными параметрами
вычислительного эксперимента в достаточно широких пределах.
3. Оптимизация бесступенчатых энергосберегающих режимов по частным
критериям показала, что определенный набор значений управляющих факторов
позволяет получить значение параметра, характеризующего качество сушки на
уровне или даже выше требований РТМ. Это в первую очередь касается таких
параметров качества сушки, нормируемых РТМ как перепад влажности по
толщине доски (ST) и среднее квадратическое отклонение влажности в
высушенном штабеле (SW).
4. В то же время, применение оптимизированного по одному показателю
режима сушки не может обеспечить приемлемую величину остальных
показателей, характеризующих качество сушки.
5. Оптимизациябесступенчатыхэнергосберегающихрежимов,
проведенная по категориям качества сушки, показала высокий потенциал
подобного подхода к назначению режимов, так как полученные при этом
режимы позволяют получить пиломатериалы, отвечающие определенной
категории качества без проведения влаготеплообработок и кондиционирующей
обработки.
6. Оптимизация режимов сушки по параметрам энергоэффективности
показала достаточно близкое совпадение параметров режима при оптимизации
по расходу тепловой энергии и общей суммарной стоимости энергии. Однако
минимальная стоимость энергии достигается при минимальном времени сушки,
что объясняется существенной разницей в стоимости тепловой и электрической
энергии.
7. Принципиальное отличие тепломасообмена при сушке бесступенчатыми
энергосберегающими режимами позволяет повысить равномерность сушки
(снизить перепад влажности по толщине сортимента), а также существенно
снизить внутренние напряжения.
8. Лабораторныйэкспериментполностьюподтвердилвысокую
достоверность ранее проведенного вычислительного эксперимента. Результаты
экспериментальнойоптимизациидостаточноблизкосовпадаютс
аналитической.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Применяемая до настоящего времени в производстве система
трехступенчатых режимов, с современных позиций обладает целым рядом
недостатков, обусловленных, главным образом, существенным перепадом
величин параметров при переходе со ступени на ступень, что приводит к
снижению качества сушки.
2. Современные технические средства позволяют реализовать так называемые
бесступенчатые энергосберегающие режимы с плавным изменением
величины параметров во времени, что в значительной степени нивелирует
недостатки трехступенчатых режимов, а также позволяет осуществлять
непрерывное управление влагообменом древесины с обрабатывающей
средой.
3. Нормативные режимы сушки древесины твердолиственных пород (без
применения влаготеплообработок и кондиционирующей обработки) могут
обеспечивать качество сушки не выше III категории качества. Применение
влаготеплообработки снижает внутренние напряжения в древесине, но не
позволяет получить приемлемые величины перепада влажности древесины
по толщине доски. Это связано с тем, что ступенчатое изменение величины
основных параметров режима приводит к нарушениям в соотношении
между внутренним и внешним влагообменом древесины.
4. Полученные путем компьютерного моделирования процесса сушки
пиломатериалов из древесины дуба бесступенчатыми энергосберегающими
режимами позволяют проводить сушку пиломатериалов, полностью
отвечающих определенной категории качества без применения
влаготеплообработок и кондиционирующей обработки.
5. Экспериментальная оптимизация бесступенчатых энергосберегающих
режимов сушки пиломатериалов древесины дуба показала достаточно
близкое совпадение ее результатов с результатами компьютерного
моделирования.
6. Разработанная методика формирования бесступенчатых энергосберегающих
режимов сушки пиломатериалов позволяет определять структуру и
величины параметров режима в зависимости от требуемого качества сушки.
Актуальность темы. Комплексное использование древесины
предусматривает ее облагораживание – улучшение природных свойств.
Первичным и, в то же время, важнейшим, способом облагораживания
древесины является ее сушка. Некачественная или недостаточная сушка
древесины неизбежно влечет за собой деформацию, коробление, трещины,
образование поверхности, трудно поддающейся отделке, склеиванию и т.п.
Особо это касается так называемых «трудносохнущих пород», к которым
относится древесина лиственницы, а также твёрдолиственных пород (ТЛП):
дуба, ясеня, бука и некоторых других.
В то же время процесс сушки пиломатериалов является, вероятно, одним
из самых энергоемких во всей технологии деревообработки, причем затраты на
сушку могут составлять 50-55% и более от стоимости сухих пиломатериалов.
Для твёрдолиственных пород в этом отношении ситуация еще более сложная
вследствие крайне длительного процесса сушки как таковой, что связано с
особенностями строения древесины. Попытки решения данной проблемы «в
лоб», как правило, приводят к существенному снижению качества сушки. При
этом необходимо учитывать, что проблемы энергосбережения находятся в
центре внимания научно-технической политики, как России, так и всех
промышленно развитых стран мира.
В этой связи создание эффективной энергосберегающей технологии
сушки древесины твёрдолиственных пород, является актуальной задачей,
имеющей большой практический и научный интерес.
Степень разработанности темы исследования.
Исследованиями процессов сушки древесины в разное время занимались
такие ученые как Соколов П.В., Кречетов И.В., Лыков А.В., Серговский П.С.,
Глухих В.Н., Акишенков С.И., Богданов Е.С., Шубин Г.С., Скуратов Н.В.,
Уголев Б.Н., Кротов Л.Н., Платонов А.Д., Сафин Р.Р., Сергеев В.В.,
Мелехов В.И., Комиссаров А.П., Гороховский А.Г., Шишкина Е.Е.,
Зарипов Ш.Г. и др.
Выполненные исследования позволили определить в отношении
древесины твёрдолиственных пород:
– требования к качеству сушки;
– структуру и величину параметров режима сушки;
– путей энергосбережения в технологии сушки и возможностей ее
интенсификации.
Наиболее перспективным направлением является применение так
называемых бесступенчатых энергосберегающих режимов.
Цель работы. Повышение эффективности и качества сушки
пиломатериалов твёрдолиственных пород.
Объектами исследования являются технологические режимы сушки
пиломатериалов.
Публикации автора в научных журналах
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!