Строительство

Топочный газ – дым

В последнее время увеличился спрос на газовые сушильные камеры. Топочный газ, получаемый при сжигании древесных отходов, минеральных масел или природного газа, представляет собой смесь различных газов и пара, состав которой зависит от типа горючего. Его основными компонентами являются: СО₂, О₂, N₂, Н₂О и около 30% водяного пара; при неполном сгорании к ним добавляются СО и углеводороды. Топочный газ подается в камеру при температуре от 180 до 220 °С и взаимодействует с древесиной аналогично воздуху, в том числе и в отношении гигроскопичности.

Температура попадающего в камеру топочного газа близка к температуре горения, что повышает пожароопасность при снижении влажности древесины, которая содержит смолистые и маслянистые вещества, ниже PS. Поэтому необходимо всегда иметь в распоряжении инструменты для точной регулировки температуры входящего в камеру газа. В любом случае, всегда лучше работать с промежуточным воздушным теплообменником.

Водяной пар

При определенном давлении пар становится насыщенным, когда его температура достигает температуры кипения. При нормальном атмосферном давлении температура насыщения (кипения) близка к 100 °С. (другие значения температур и давлений насыщения см. Лист 1, Таблица 2).

При нормальном атмосферном давлении находящаяся в насыщенном паре древесина достигает состояния гигроскопического равновесия, когда ее влажность приближается к точке насыщения волокна (точнее точке насыщения клеточных стенок PS), но остается на несколько процентов ниже PS. В насыщенном состоянии пар может быть использован в качестве среды нагревания (пропаривания), но не сушки древесины.

Перегретым паром считается пар, температура которого, при данном давлении, будет выше температуры насыщения. Например, согласно Листу 1, насыщенный пар при температуре 115 °С должен иметь давление 172,39 КПа и наоборот.

При этой же температуре (т.е. 115 °С), но при нормальном атмосферном давлении 101,33 Кпа, пар становится перегретым и ненасыщенным. Поэтому перегретый пар способен поглощать влагу и обеспечивать конвективный нагрев материал.

Нагревая древесину, пар охлаждается. Количество передаваемого паром материалу тепла пропорционально удельной теплоемкости, умноженной на разницу температур. Когда пар, охлаждаясь, достигает температуры кипения (точка росы), он становится насыщенным. При дальнейшем понижении температуры часть пара конденсируется и переходит в жидкое состояние. В отдельных случаях часть пара, превратившаяся в конденсат, может передавать свою теплоту парообразования материалу.

Древесина и окружающий воздух

Современная технология сушки древесины базируется на результатах последних исследований структуры древесины и ее физических свойств. Самыми важными физическими характеристиками древесины, определяющими ее взаимодействие с окружающей средой, являются ее гигроскопичность и гигроскопическое равновесие с воздухом. С гигроскопичностью также связана нестабильность его размеров и формы.

Древесина является органическим материалом, состоящим из клеток, стенки которых имеют многослойную структуру. Клеточная стенка, в состав которой входит целлюлоза, лигнин и гемицеллюлоза, гигроскопична, то есть, способна поглощать влагу из окружающей среды. До сих пор не существует эффективных и рациональных методов нейтрализации гигроскопичности. При равенстве давлений пара в древесине и воздухе между ними наступает гигроскопическое равновесие, а влажность, которую при этом имеет древесина называется «равновесной влажностью» UE.

Гигроскопичность является неотъемлемым свойством древесины, которая всегда стремится к гигроскопическому равновесию с воздухом.

Изменение давления, температуры и относительной влажности воздуха инициирует процесс «сорбции», при этом во влажной среде в результате адсорбции древесина поглощает влагу из окружающего воздуха, а в сухом воздухе с низкой UE происходит десорбция (сушка). Этот процесс является причиной нестабильности размеров древесины (усушка - разбухание) и формы (коробление). Однако, как только влажность древесины достигает уровня UE при постоянных климатических условиях, ее размеры стабилизируются (для расчета усушки и разбухания).

Предел гигроскопичности определяется количеством влаги, поглощенной клеточными стенками, где она посредством физико-химических связей адсорбируется составляющими клеточную стенку элементами. При завершении реакции древесина достигает состояния насыщения и приобретает влажность, называемой «точка насыщения волокна» (PS), значение которой варьируется для разных пород в пределах от 22 до 40%. Среднее значение влажности равное 30% используется, когда PS неизвестна.

PS уменьшается с повышением плотности древесины: более высокое значение характерно для заболони и безъядровых пород (пихта белая – до 40%); более низкое - для сильно окрашенных ядровых пород (каштан – 22%).Также PS линейно уменьшается с увеличением температуры. При высоких температурах разница между PS для различных древесных пород уменьшается. Приведенная ниже таблица содержит примерные значения PS при различных температурах для древесных пород, не указанных в Таблице 2.

Влага, содержащаяся в клеточной стенке, называется «гигроскопической влагой». При влажности выше РS древесина не может адсорбировать влагу из воздуха, однако при непосредственном контакте с водой происходит ее проникновения в микрополости. На Листе 2, Таблицы 1 и 2 приведены средние значения равновесной влажности при десорбции (сушка), называемой «условной равновесной влажностью» (UEC).