木材干燥学期末.doc

木材干燥：在热力作用下以蒸发或者沸腾的方式将木材内水分排出（或者使含水率降低到使用要求）的过程。木材干燥曲线：既单位时间内木材平均含水率的变化曲线。木材干燥室：装配有通风和加热设备，用来干燥木材的建筑物或者金属容器 干燥基准：在木材干燥过程中根据干燥时间和木材状态变化（含水率）而编制的干燥介质温度和湿度的变化程序表。干燥介质：指在干燥过程中将热量传给木材、同时将木材派出的水分带走的媒介物质，叫做干燥介质。种类：湿空气、过热空气、炉气。干缩：当细胞内的吸着水从木材中排除时，木材的尺寸随着减小的现象。干缩系数：在纤维饱和点以下时，木材的含水率每降低1%而引起木材的收缩量，叫做木材的干缩系数，简称干缩系数。润涨：在木材由绝干状态到湿润到纤维保和点的是很的膨胀现象纤维饱和点：当木材细胞腔中的自由水蒸发完毕，而细胞壁中的吸着水还处于饱和状态时的木材含水率叫纤维饱和点。解吸：若木材含水率较高，存放在干燥的空气中，木材细胞壁微毛细管中的水蒸气分压大于周围空气中水蒸气分压，则微毛细管系统能向周围空气蒸发水分的现象。吸湿：细胞壁内的微毛细管系统能从空气中吸收水分的现象。吸湿滞后：干木材在吸湿过程中吸湿稳定含水率或多或少的低于在同一样空气状态下的解吸稳定含水率的现象木材平衡含水率：薄小木材在一定空气状态下最后达到吸湿稳定含水率或解吸稳定含水率叫做平衡含水率。绝对湿度：每1立方米湿空气（空间）中所含有水蒸汽的克数（g）相对湿度：每立方米湿空气中含有水蒸汽的重量与同温同压下可能含有的最大水蒸汽的重量之比。湿含量：含有1kg干空气的湿空气中水蒸汽的克数g露点温度：一定状态的空气冷却到饱和状态时的温度叫露点温度。导热系数：在木材单位厚度上温度每降低1摄氏度时单位时间内通过单位面积的热量叫做导热系数。干度：1kg湿蒸汽中干蒸汽的相对重量。叫做水蒸汽的干度，简称干度。热含量:1kg干空气的湿空气中含有的热量，即(1+0.001d)公斤湿空气中含有的冷却极限温度：是指水分蒸发时空气达到饱和状态时的温度。湿球温度：在热含量不变的情况下，水分从木材蒸发到空气中，使其相对湿度逐渐增加，当达到饱和状态时的温度。室干：指在干燥室内人工控制干燥介质的参数对木材进行干燥的方法。自由水：存在于由相互连通的细胞腔所构成的大毛细管系统内，其性质类似于自由水面的水分；吸着水：存在于由相互连通的细胞壁构成的微毛细管系统内，被吸附在纤维素、半纤维素、木素和其它组分的羟基上；湿空气：湿空气是干空气和水蒸汽的混合物，或是含有水蒸汽的空气。导热：物体与直接接触面发生的热量交换现象叫导热。 对流传热：由于流体各部分发生相对位移引起的热量传递过程叫对流传热。热辐射：以电磁波的形式传递能量的过程叫做热辐射。大毛细管系统：由相互连通的细胞腔及细胞间隙构成，对水分的束缚力很小甚至无束缚力。1.按照木材中水分排出的方式木材的干燥可分为机械干燥、化学干燥和热力干燥这三种。热力干燥按条件人为控制与否可分为大气干燥、人工。根据木材加热方式不同，热力干燥又可分为对流干燥，电介质干燥，辐射干燥和接触干燥2.木材干燥的干燥设备动力设备、热力设备、检测设备、运输设备3.木材干燥的干燥工艺准备工作，干燥基准测定，干燥结束，干燥储存4.水蒸汽按其状态可分为：湿饱和蒸汽，干饱和蒸汽，过热蒸汽5.湿空气是干空气和水蒸气的混合物。湿度分为绝对湿度和相对湿度6.I-d图主要线系构成等焓线和等湿含量线，等温线，等相对温度线，等水蒸汽压力线，此外还有密度和比体积线系等7.干燥介质的炉气要求：少烟或无烟，无火花和灰尘，温度适宜稳定，炉气的气流量稳定8.木材可按干湿程度分为六级：湿材、生材、半干材、气干材、室干材、绝干9.干缩规律：弦向径向纵向阔叶树材的干缩针叶木材 密度高的木材干缩密度低的木材10.干缩过程与湿胀过程一般限制在纤维饱和点和全干状态之间11.气态干燥介质主要包括（湿）空气、炉气和常压过热蒸汽这三种12.相对湿度也可称作空气的饱和度，在一定温度空气被水蒸汽所饱和的程度。13.一定状态的空气冷却到饱和状态时的温度叫露点温度14.影响木材热扩散的因素有木材密度，含水率，温度，热流方向15.通常把传热现象看做是导热，热对流，热辐射这三种基本方式，传热的主要形式是导热和热对流。同样，湿交换也可分为：稳定湿交换和不稳定湿交换16.按照温度场是否随时间变化，导热可分为稳定导热，非稳定导热17.在木材干燥相对湿度的测量常用的是干湿球湿度计和毛发湿度计18.干燥初期应力外拉内压阶段，干燥末期应力外压内拉阶段19.干燥过程中产生内应力的原因：木材构造上的各向异性，木材断面上含水率分布不均匀 应力种类：湿应力残余应力全应力20.测定含水率的方法有很多种，生产单位通常采用的的是重量法和电测法1目前木材干燥室以湿空气为主要干燥介质，蒸汽为主要热源，对流换热为主要热交换方式2按照作业方式，干燥室可分为周期式干燥室，连续式干燥室3按照干燥介质的种类分为空气干燥室，炉气干燥室，过热蒸汽干燥室4按照干燥介质的循环特性分为自然循环干燥室，强制循环干燥室5周期式强制干燥室根据风机在干燥室布置的不同又可分为室内顶风机型，室内侧风机型，室内端风机型和喷气型6室内顶风机型又可分为纵轴型，横轴型和直联型7干燥室的设备供热设备，调湿设备，通风设备，木材运载与装卸设备及检视设备和仪表8供热与调湿设备主要包括加热器，喷蒸器，疏水器和连接管路。疏水器是安装在加热管道上的必须设备之一，其作用是排除加热器中的冷凝水，阻止蒸汽损失，以提高加热器的传热效率，节省蒸汽。常用加热器：铸铁肋形管、平滑管、螺旋片式、轧片式加热器9喷蒸管是用来快速提高干燥室内的温度和相对湿度的装置。10干燥设备的技术经济技能包括工艺性能，使用性能，节能效和经济效果11温度测量仪表按测温方式可分为接触式和非接触式12热电阻温度计是中低温区最常用的一种温度检测器木材干燥技术上的温度测量，毛发温度计已被淘汰，目前应用较多的主要有干湿球温度计，平衡含水率传感器和湿敏传感器13测量木材含水率的方法有称重法，电测法，干馏法，滴定法和湿度计法。在木材加工领域通常采用烘干法和电测法14电测法常用的含水率测量仪器有直流式含水率仪和交流介电式测湿仪15干燥应力测定的方法可归纳为实测法，切片分析法，疏齿分析法16检验板式整窑木材的代表，选制时应注意以下的问题，初含率较高，无腐朽无节疤材质密实，弦向板，边材多17按干燥过程的控制因素通常将干燥基准分为时间干燥基准和含水率干燥基准。目前，常用的基准多为含水率基准。其又可分为波动干燥基准，半波动基准，过热蒸汽干燥基准18干燥梯度是木材的平均含水率与干燥介质平衡含水率之比19根据被干燥木材的干燥质量，干燥一般用效率，安全性，软硬度三个指标评20除湿干燥系统可分为木材干燥室和除湿机两部分21木材除湿干燥过程中，热量是由除湿机的冷凝器提供22木材真空干燥设备主要由干燥罐体，真空泵，加热系统，冷凝系统及控制系统组成23真空泵课分为水环式真空泵，水喷射式，油环式24整体上把握，真空干燥可分为预热，干燥，调湿处理三个阶段25平板型集热器有吸热板，透明盖板，隔热板，外壳等组成26太阳能干燥室根据集热器与干燥室的关系大致可分为暖房型，半暖房型，集热器型太阳能干燥室27高频和微波加热可分为电磁感应加热和电介质加热木材干缩的各向异性：弦向径向纵向弦径向干缩的差异原因：1、木射线对径向收缩的抑制；2、早晚材的影响。干燥介质是指在干燥室内能够传热、传湿的媒介物质。即把热量传给木材，同时将木材排出的水汽带走的媒介物质。炉气作为干燥介质的特点：既可作干燥介质，又可作载热体Id-图的应用：湿空气在加热（冷却）过程中，沿d线上升（下降），温度升高（降低），焓增加（减少），其湿含量不变，相对湿度降低（升高）因无水汽增减即d=const 上升与t=86相交于B点，查得=25% 由B点垂直向下湿含量d=112g/kg，沿等焓线向着图右下方I的值为400kJ/kg；沿P线垂直向上求出Psz=15800Pa.同理，求出相应密度值0.91kg/m，比体积值v=1.22 m/kg干空气。 下降和=100%相交时，得到露点温度 t=一、木材干燥在整个木材加工过程中的意义？1.提高木材和木制品的使用稳定性，防止变形和开裂2.提高木材的力学强度，改善木材的物理性质能。3.预防木材的变质与腐朽，延长木制品的使用寿命。4.减轻了木材的重量。5.改善木材的环境学特性。2、 木材干燥的发展趋势？1.降低干燥缺陷以外的木材损耗2.发展短周期、低能耗、低成本、高质量的干燥方法：A两段式 B联合式 C新型干燥技术的探索 D新能源干燥3.完善控制系统（温度、相对湿度、换气）4.对现有的干燥方法进行改造。3、 简述木材干燥的方法有几种？各自的特点如何？1大气干燥：简称气干，它是利用自然界中大气的热力蒸发木材的水分，达到干燥的目的。分为自然大气干燥、强制大气干燥。优点：生产方式简单，不需要太多的干燥设备，节约能源；缺点占地面积大，干燥时间长，干燥过程不能人为地控制，受地区、季节、气候等条件的影响；终含水率较高在干燥期间易产生虫蛀、腐朽，变色，开裂等缺陷。原理：材堆内的空气吸收水分密度增加而下降，温度高的湿空气上升，形成垂直方向的气流循环，使木材干燥。2、常规干燥方法(室干法)特点：以湿空气作为传热介质；传热方式以对流传热为主。优点:干燥周期短，介质条件可控制，可以得到任何终了含水率，干燥技术成熟，干燥质量好； 缺点：能源消耗大，设备投资大，干燥成本较高，对环境不太友好3、除湿干燥特点：优点：节能不需锅炉，设备投资费用低属于低温干燥，干燥质量较好；使用电能，对环境污染小；操作简单，对干燥工人技术要求不高。缺点：干燥温度低，干燥周期长；主要消耗电能成本往往较高。原理：通过专用设备除湿器冷凝的方法，排除从木材中蒸发出来的水蒸汽，即湿空气是在封闭系统内作“冷凝加热干燥”往复循环。除湿干燥在我国适用于下述情况：水电资源丰富，电费便宜的地区；没有锅炉的中、小型企业；对环境污染要求高的地区；小批量干燥硬阔叶树材或用于硬阔叶树材的预干。4、真空干燥特点：优点：干燥周期短干燥质量好，适合于透气性好的硬阔叶材厚板或易皱缩的木材。 缺点：能耗较高容器的容积较小干燥设备及干燥过程的控制较为复杂。原理：降低了水的沸点，木材表面水分蒸发加剧 在木材中形成内高外低较大的压力差，木材内部水分移动加快 形成内高外低较大的含水率梯度，木材内部水分移动加快 木材内部水分之间粘度降低，木材内部水分移动加快5、太阳能干燥特点：优点：节省能源 缺点：干燥周期较长，而且受地区、季节和气候等条件的影响。原理：利用集热器吸收太阳辐射能加热空气，再通过空气对流传热，干燥木材6、高频干燥和微波干燥特点：优点：干燥速度很快干燥质量好便于实现自动化流水作业 缺点：耗电量大，干燥成本高设备复杂，投资较高设备折旧费高需要专门的防护在流水线上干燥时，木材的变形难控制。原理：高频干燥和微波干燥都是把湿木材作为电介质，置于高频或微波电磁场中，在电磁场的作用下，引起木材中水分子的极化，由于电磁场的频繁交变，使被极化了水分子高速频繁地转动，水分子之间发生摩擦而产生热量，从而加热和干燥木材。7、加压干燥方法特点：干燥质量好，周期短，能耗较少；成材加压干燥后颜色变暗，在节子周围会出现较大裂纹；容器的容积较小，生产量不大根据木材中水分存在状态，水分可分为三类：自由水、吸着水和毛细管水。四、木材内部水分移动路径 1）微毛细管径路 2）大毛细管径路3）混合路径五、木材内部水分移动的影响因素内因：1）树种：纹孔大而多，且纹孔上膜上的微孔数量多、纹孔开放的树种水分移动快；一般密度小得树种水分移动快。2）木材的部位：心材较边材移动慢，主要是由于心材的纹孔多闭塞，且内含侵填成分。3）水分移动方向：顺纤维方向的水分传导比横纤维的大10-20倍，又横纤维方向上的径向水分传导比弦向水分传导大15%-20%，由于木射线的影响。4）含水率：含水率对水分移动影响不明显。干缩引起纹孔膜上微孔扩大 5）木材温度：温度越高，水分移动越快。一方面增加了水分子的动能，另一方面降低了水分子之间的粘度。外因：干燥介质的温度、湿度和气流速度。六、干燥室的主要设备，加热器的作用、类型及要求 主要设备：供热设备、调湿设备、通风设备、木材运载与装卸设备及检视设备和仪表等。加热器的作用：加热室内空气，提高室内温度，使空气称为有足够热量的干燥介质，或是使室内水蒸气过热，形成常压过热蒸汽，作为干燥介质来干燥木材 要求：1）能够均匀地放出足够的热量，有最大的传热系数及较大的传热面积2）能灵活可靠地调节所放出热量的大小3）耐腐蚀、结构紧凑，使用金属材料少，造价低4）当温度变化幅度比较大时，加热器的结合处不松脱 分类：1）铸铁肋形管加热器2）平滑钢管加热器3）螺旋绕片式加热器4）轧片式加热器七、隔条的作用及摆放？1)使干燥介质能在每一层板材之间自由流通，以便将热量传递给板材，同时把从板材中蒸发的水分带走。2)使材堆在宽度方向上稳定；3)使材堆的各层木材相互挟持，防止和减轻木材的翘曲。 隔条的摆放：25mm厚的板材，隔条间距不超过0.5m；50mm厚的板材，隔条间距按0.81.0布置；50mm以上木材，隔条间距取1.0m到1.2m八、干燥的基准及种类？定义；根据干燥的时间和木材含水率的变化而编制的干燥介质温度和湿度变化的程序表。分类：含水率干燥基准、时间干燥基准、连续升温干燥基准、干燥梯度基准。木材干燥前的准备工作：1）干燥室壳体和设备的检查：2）锯材的堆积：材堆的规格和形式、隔条、堆积锯材时的注意事项九、木材干燥的整个过程?周期式强制循环木材干燥室的干燥工艺过程包括：准备工作、干燥基准（工艺）的控制、干燥结束和木材贮存等工序。 1、准备工作：干燥前的准备工作包括干燥设备检查、指定或者选择干燥基准。确定最终含水率和干燥质量指标、锯制检验扳和试验板。、含水率测试、材堆进干燥室等。 2、干燥基准的控制 A干燥室启动 B锯材预热处理（加热木材，并使木材热透。使含水率梯度和温度梯度的方向保持一致，消除木材的生长应力，对于半干材和气干材还有消除表面应力的作用，对于生材和湿材，预热处理可以使含水率偏高的木材蒸发一部分水分，使含水率趋于一致。同时，预热处理也可以降低纤维饱和点和水分的粘度，是木材表面的毛细管扩张，提高木材表面水分移动的速度。） C 干燥室温度和湿度的调节 D中期处理（喷蒸处理，使木材表面的水分蒸发停止，甚至有点吸湿，让木材内部的水分向木材表面移动，从而减少木材的应力） E终了处理，当锯材干燥到终含水率并经平衡处理后，需终了处理。消除奴才横断面上含水率分布的不均匀，消除残余应力。 3、干燥结束 木材冷却后卸出，以防木材的开裂 4、木材的贮存 技术上要求含水率不发生大幅度波动。对于贮存时间较长的幕僚，应按树种，规格分别堆放成互相衔接的密实材堆，一次减轻幕僚的变化程度。十、木材干燥的缺陷，产生的主要原因及如何采取措施？表裂：原因：前期，温度过高、湿度过低 措施：调整干燥基准，降低温度，提高湿度，喷蒸处理。内裂：在木材内部沿木射线裂开。 原因：后期，无中间处理，表面硬化严重。措施：中期调湿处理，降低后期温度，或干燥前将木材进行改性处理。端裂： 木材干燥时木材端面沿径向的开裂。原因：端部水分蒸发过快，干燥基准过硬 措施：两端涂防水涂料。如沥青、石蜡等皱缩 ：原因：木材细胞不均匀收缩引起的不均匀凹陷。 措施：进行冷冻、蒸汽处理，调整干燥工艺 弯曲变形：原因：由于板材纹理不直、各部位的收缩不同或不同组织间的收缩差及其局部塌陷而引起的。措施：合理装堆，控制干燥工艺，放置重物。发霉：原因：空气温度低，适度太高；材堆内气流滞缓 措施：1正确码垛，提高温度降低湿度2设置挡风板，加大风速炭化：原因：温度过高（微波干燥）措施：在水分较低时减少微波的功率1.燥室干燥方法的选用？有蒸汽加热干燥，炉气加热干燥，除湿干燥和其他干燥。蒸汽加热干燥有点：温度容易调节和控制，并可以调湿处理，干燥质量有保证。工艺成熟，操作方便，可实施自动换或半自动化操作，便于集中和统一管理。设备性能好，使用寿命长。干燥室的容量较大，节能效果较好，干燥成本适中或偏低。可以用煤，也可以用废木料做燃料。缺点是需要蒸汽锅炉。因此，这是最普遍的干燥方法，产量较大及有现成蒸汽供应企业，适合采用蒸汽干燥。对于干燥质量要求较高的中小型企业也考虑蒸汽干燥。过热蒸汽干燥要慎用。只有当干燥针叶树材薄板时并对于干燥质量要求不高时才采用。 炉气干燥：优点是不用锅炉，并以工厂的加工剩余木废料做燃料，干燥成本低。缺点是干燥介质的温度和湿度状态不容易调节和控制，对于操作技术和责任心要求较高，劳动强度较大。适用于没有蒸汽供应的，干燥量不大，有大量的费木料做燃料的中小企业。 除湿干燥：优点是可回收湿空气冷凝所释放的气化潜热，该方法几乎没有或者只有少量的废气热损失，而且工艺简单，操作容易，干燥安全，一般不会造成木材损伤。缺点是干燥温度低，干燥时间长，对于厚板或难干材不容易干透，并且因为采用电能，干燥成本高。适用于产量较低的小型企业，或因所处的环境不便于建造锅炉或炉气燃烧炉，或电能供应充足，电价较为便宜的地方。 其他干燥方法：如太阳能干燥，微波干燥 高频干燥等。适合某些干燥量不大，质量要求高的特殊场合和行业。2.竹材的基本结构 在生产习惯上，常将竹壁厚的不同组织由外之内称竹青 竹肉 竹黄 在解剖学上则进一步细分为表皮、皮层、基本组织、维管束和竹腔壁等五部分。竹材为非均质结构：竹子无形成层，生长期间不能横向增长，竹子无髓心，没有横向的木射线，各类细胞均与竹杆纵向平行排列，竹材维管束分布于基本组织之间，故竹材易于纵向劈裂。3.竹材干缩特性横向大于径向，径弦差异不大 弦向干缩中竹青最大，竹肉次之。竹黄最小各个部位的干缩率 纵向干缩中竹青最小 竹肉次之 竹黄最大 竹龄 竹龄越小 竹材弦向和径向的干缩率越大 竹龄越大 反之4.竹地板的生产工艺毛竹截断圆竹剖片粗刨蒸煮处理（碳化）干燥精刨涂胶组胚热压截断四面刨砂光油漆检验入库5.平衡含水率的测定 1）图表法：根据干球温度及干湿球温度差 2）称重法：试件平衡后的质量及绝干质量 3）电测法：平衡含水率试片6.木材的干缩与湿涨 1）干缩：细胞壁钟的吸着水排出时，木材的尺寸减小 2）湿涨：在木材由绝干状态逐渐润湿到纤维饱和点的过程中，木材的尺寸增大 3）原因：木材细胞壁内的吸着水向外蒸发，细胞壁的纤维与纤维之间、微纤丝之间的水层变薄，而相互靠拢，从而使木材细胞壁变薄，导致整个木材尺寸减小。7.弦向干缩大于径向干缩的原因是：1）木射线细胞在径向上是它的长度，在弦向上是它的端面，而木射线的横向干缩较纵向干缩大2）木射线沿径向排列，牵制着其他纵行细胞的收缩，而弦向上就不受这种牵制作用3）有些细胞在干缩时，弦向收到压力而径向却微有伸长4）木材径而细胞壁上的纹孔大而多，细胞壁的含量少，也就干缩小；而木材弦面细胞壁的纹孔小而少，细胞壁的含量多，也就干缩大 干缩规律：弦向-径向-纵向8.干燥过程中，应力是如何形成、发展的？ 干燥过程中，木材横断面含水率分布不均匀，内外层干缩不一致以及木材构造上的各向异性使径、弦向干缩也不同，是木材产生应力变形的主要原因。应力变化可分为四个阶段：（1）干燥刚开始，还未产生应力的阶段。此阶段中木材内外层的含水率都在纤维饱和点以下，不发生干缩。此时木材既无含水率应力，也无残余应力。（2）干燥初期，应力外拉内压阶段，木材表层含水率降到纤维饱和点以下而发生干缩，但内层含水率尚在纤维饱和点以上未发生收缩。随着干燥的继续，木材内层含水率梯度逐渐加大，应力也会逐渐增大，直至应力达到一个最大值后，随着干燥过程的继续，木材内层也开始收缩，应力开始下降。（3）干燥中期，应力暂时平衡阶段。干燥到这一时期，木材内层含水率也降到纤维素饱和点。（4）干燥末期，应力外压内拉阶段。在此阶段，木材横断面上的含水率梯度已减弱，表层由于塑化固定早已停止了干缩，内层随着吸着水的排除进一步干缩，内层受到表层的牵制而不能完全干缩，产生拉应力，表层受内层干缩趋势的压缩而产生压应力。5）干燥结束后，随着木材含水率的逐步平衡，含水率梯度消除，含水率应力消失，但由于存在残余变形，因此木材内部还存在残余应力。9.在生产和使用上通常根据木材中水分含量程度的不同，木材可分为6级1）湿材：长期浸泡于水中，含水率大于生材的木材 2）生材：和新采伐的木材含水率基本一致的木材3）半干材：含水率介于生材与气干材之间的木材4）气干材：长期储存于大气中，于大气的相对湿度趋于平衡的木材5）室干材：木材在干燥室内，以适当的温度和相对湿度条件进行干燥，含水率约为715%的干材，通常根据木材的使用区域、场合及用途等条件而定。6）绝干材：含水率为0的木材称为绝干材或者全干材。10.典型常规干燥室的结构及特点：1）顶风机型干燥窑：风机在干燥窑的顶部。性能及特点：空气循环较均匀，干燥质量好，安装和维修比较方便，容量大，适合大规模生产；动力消耗小；投资大2）端部风机型干燥窑：风机在干燥窑的端部。性能特点：材堆高度方向气流均匀、安装维修方便、投资比较小、容积受限3）侧风机型干燥窑：风机在干燥窑的侧面 性能特点：利用系数高，投资少；安装维