《木材干燥学》复习纲要.doc

木材干燥学复习纲要注：使用教材为高建民主编木材干燥学（科学出版社）第1章 绪论一、木材干燥的概念木材干燥是指在热力作用下以蒸汽或沸腾的气化方式排除木材中水分的处理过程。二、木材干燥的目的及意义提高木材和木制品稳定性，防止变形和开裂；提高木材的力学强度，改善木材的物理性能；预防木材腐朽，延长木制品的使用寿命；减轻木材的重量。三、木材干燥的方法第2章 木材干燥基础一、木材含水率木材中水分的含量叫做含水率（W），用水分的重量对木材重量之比的百分率表示。木材加工中通常所说的含水率均指绝对含水率W，相对含水率W0仅用于研究木材的燃烧性质。W和W0之间的换算关系为： 或 二、木材含水率的测定方法称重法（烘干法） 称出湿材质量和全干材质量。方法：从湿木材上截取一块小试片，刮去毛刺，立即称重并作记录，然后把试片放入烘箱内，在（1032）的温度下烘干。在试片烘干过程中，每隔一定时间称重并作记录。到最后连续两次称出的质量相等或0.02g时，表明试片中水分已全部排出，此时的试片质量就是全干重。在计算木材含水率。优点：数值较可靠、简便易行，不受含水率范围的限制。缺点：测定所需时间较长；如果木材中含有较多的松节油或其他挥发性物质，这些挥发物的质量都被算到水分当中，容易造成误差。电测法 即利用木材的电学性质（如电阻率、介电常数等）与木材含水率之间的关系，来测定木材含水率。该方法测量方便、操作迅速，且不破坏木材，可以满足一般工业生产的要求。 直流电阻式给予木材直流电流，通过电流流过的难易程度来测定含水率 交流介电式测定一定频率下木材的介电常数或介电损耗角正切，通过介 电常数或介电损耗角正切与含水率之间的关系得到含水率值直流电阻式含水率仪测定特点：a、测量范围有限：628；b、需要进行温度修正：温度越高，电阻越小，读数偏大；c、树种修正：树种不同，密度存在差异；d、插入深度和方向：深度为木材厚度的1/3左右，方向为横纹方向。蒸馏法 适合于含树脂丰富或经过油性防腐处理的木材。三、水分的存在形式和状态自由水存在于由连续细胞腔构成的大毛细管中，以液态水的形式存在，也称为毛细管水。特点: 只能向空气中蒸发，不能从空气中吸收。吸着水存在于细胞壁无定形区域组成的微毛细管系统中，被吸着在细胞壁的初级和次级吸着点上，具有较低的能级状态。特点: 能向空气中蒸发，也能从空气中吸收。 结合水(化学水) 通过化学键与木材细胞壁物质紧密结合，主要存在于细胞壁微纤丝的结晶区中。特点: 具有很低的能量状态, 很难被排除。 水蒸气 细胞腔中木材中的水分对干燥有意义的主要是自由水和吸着水。自由水的增减，只能影响木材质量、燃烧能力，而不影响木材的其他性质；吸着水的增减，不仅使木材发生膨胀和收缩，而且也影响到木材其它物理力学性质。4、 基本概念1、 纤维饱和点（FSP）当自由水蒸发完毕，而吸着水处于饱和状态时木材的含水率。FSP随树种与温度的不同而有所差异，就多种木材来说，在空气温度约为20、空气相对湿度为100%是，纤维饱和点对应的含水率平均值为30%，变化范围为23%33% 。FSP随着温度的升高而减小，这说明温度越高，木材从饱和空气中吸湿的能力越低。FSP是木材性质的转折点，木材的强度、收缩性能，以及导热、导电性能都与其密切相关。当木材含水率高于FSP含水率时，木材强度和导电性不受含水率变化的影响，木材收缩或膨胀亦不会发生。但当木材含水率低于FSP含水率时，则随含水率的减小而木材的导电性减弱，强度和收缩增大；反之，随含水率的增加，则木材的膨胀增大，强度降低，导电性能增强。2、 木材的吸湿与解吸吸湿含水率低于环境的平衡含水率，细胞壁中微毛细管系统从湿空气中吸收水分。随着吸湿的进行，含水率越来越高，吸湿过程逐渐变慢，最后与环境达到动态平衡状态，此时木材的含水率叫吸湿稳定含水率。解吸含水率高于环境的平衡含水率，细胞壁中微毛细管系统将向湿空气中排出水分。随着解吸过程的进行含水率越来越低，解吸过程逐渐变慢，最后与环境达到动态平衡状态，此时木材的含水率叫解吸稳定含水率。解吸仅指木材吸着水的排除，而干燥则是自由水和吸着水二者的排除。3、 吸湿滞后同一空气状态下，木材解吸稳定含水率高于吸湿稳定含水率的现象。其变异范围在1%到5%之间，平均值取2.5%。W解- W吸 =2.5%原因：部分羟基直接相连；部分羟基与空气分子结合。影响因素 尺寸：随木材尺寸（厚度）的增大而增大； 温度：随着先前干燥温度的增大而变大。4、 木材的平衡含水率(EMC)薄小木料在一定空气状态下最后达到的吸湿稳定含水率或解吸稳定含水率叫做平衡含水率。 一般气干材的EMC可粗略地认为：EMC = MC解吸 = MC吸湿 影响因素：空气温度、湿度EMC是制定干燥基准、控制和调节干燥过程、保证成品质量等所必需考虑的参数，也是确定木材最终含水率的重要依据。 干燥木材最终的含水率要根据使用地区的平衡含水率来确定。木材干燥过程的最终含水率通常情况下为：MC终 = EMC - =EMC - 2.5%5、 木材平衡含水率的测定 图表法：根据干球温度及干湿球温度差 称重法：试件平衡后的质量及绝干质量 电测法：平衡含水率试片6、 木材的干缩与湿涨（当木材的含水率高于FSP是，含水率的变化不会使木材产生干缩和湿涨） 干缩细胞壁中的吸着水排出时，木材的尺寸减小 。 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 。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，导致整个木材的尺寸减小。干缩率木材干缩前后尺寸(或体积)的变化量与干缩前尺寸(或体积)的百分比。干缩系数纤维饱和点以下吸着水每减少1%，所引起的木材干缩率的数值。利用干缩系数，可以计算纤维饱和点以下和任何含水率相当的木材干缩的数值:木材干缩湿涨的各向异性干缩规律：弦向径向纵向纵向全干缩率为0.1%到0.3%；径向全干缩率为4.5%到8%；弦向全干缩率为8%到12%。 木材构造的各向异性原因 木射线的抑制作用 晚材的细胞壁物质含量大，收缩量大5、 干燥介质1、定义：在干燥过程中将热量传给木材,同时将木材中的水汽带走的媒介物质。2、种类 过热蒸汽 湿空气 炉气3、 湿空气是干空气和水蒸气的混合物。4、 湿空气的状态参数绝对湿度每1m湿空气中所含水蒸气的克数（g)。湿容量在一定温度下，1m湿空气中所含干饱和蒸气的最大克数，即饱和湿空气的绝对湿度。相对湿度 ()每1m湿空气中含有水蒸气的重量与同温同压下可能含有的最大水蒸汽的重量之比。 相对湿度的测定一般使用干湿球温度计，它有两支温度计组成。干湿球温度计由两支经过校正的温度计组成。一支温度计的感温包外面包着纱布，纱布下面浸在清洁水里，使温包外面的纱布保持湿润状态（湿球温度计），用它测得的温度叫做湿球温度，用t湿表示。另一支温度计的感温包不包纱布（干球温度计），测得的温度叫干球温度t干。 在木材干燥生产中，空气的值，可根据干球温度t干和干湿球温度差t两个数值制定的湿度表上查得。5、 湿空气的焓-湿图 等焓线与纵坐标夹角为135的一组斜线，自下向上焓逐渐增加。 等湿含量线等d线为一组垂线，从左向右d值逐渐增加，纵轴为d=0 的等湿含量线。 等温线是一组互不平行的直线，温度不同，斜率不同。 等相对湿度线是一组上凸形曲线，= 100%的等相对湿度线也叫临 界曲线，代表湿空气饱和状态的相对湿度。这条曲线 将焓湿图分为两部分：上部分是未饱和的空气，临界 曲线上各点是饱和空气，下部分表示水蒸气开始凝结。等水蒸汽压力线系与等湿含量线一一对应，为清晰可见，其值标注 在图的最上方。在焓-湿图上，每个点都代表湿空气的一个状态，只要知道湿空气的任意两个独立参数，即可在焓-湿图上确定湿空气的状态，找出其余的状态参数。露点随着湿空气温度的逐步降低，湿空气的绝对湿度保持不变，而相对湿度则逐步增加，当相对湿度增加到100%时，该点对应的温度即为露点。第3章 木材常规干燥设备1、 典型常规干燥室的结构周期式强制循环木材干燥室主要有室内顶风机型、室内侧风机型、室内端风机型和喷气型。顶风机型干燥室侧风机型干燥室端风机型干燥室结构特 点风机在干燥窑的顶部；顶板将干燥室分为上下两间：风机间和干燥间风机在干燥窑的侧面风机在干燥窑的端部性能特 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；动力消耗较小；投资大利用系数高，投资少；安装维修方便；气流分布不均材堆高度方向气流均匀；安装维修方便；投资比较小；容积受限二、通风设备轴流式通风机离心式通风机特点气流方向与机轴方向平行风量大、风压小可正反转，风量与风压不变叶片一般为612片型号用叶轮直径的分米数表示由叶轮与蜗壳等部分组成风压高、风量小除尘与输送3、 供热设备 加热器疏水器分类铸铁肋形管散热器平滑钢管散热器(无缝钢管)螺旋翅片散热器作用排除冷凝水，阻止蒸汽损失，提高加热效率，节省蒸汽面积工作原理当进口压力升高时，通过进水孔使阀片拾起，凝结水经过环形槽从出水孔排出，随后由于蒸汽通过阀片与阀盖间的缝隙进入阀片上部的控制室，控制室的气压因而升高，使阀片上部所受的压力大于进水孔压力，于是阀片下降，关闭进水孔，阻止了蒸汽向外漏逸；随后疏水器向外散热，控制室内气压因蒸汽冷凝而下降，进口压力相应地升高，阀片又被拾起，凝结水又从疏水器排出配备光滑管或绕片式散热器：26m2/m3；铸铁散热器：710m2 /m3 ；高温干燥：散热器面积要增加1倍安装为便于调节室内温度，加热器应分成几组；管路应当有0.5%1%的坡度；长度超过40米的主管道应设有伸缩装置；不能与支架刚性相连选用根据疏水器的进、出口的压力差P=(P1-P2)和最大排水量Q而定4、 调湿设备喷蒸管喷水管进排气口作用快速提高温度和相对湿度引入新鲜空气，排除湿空气规格管径：1.252英寸；孔径：23mm；孔间距：200300mm直径和数量与按需要排除的水分计得的排风量相当安装要 求蒸汽不应直接射到木材上；喷射蒸汽方向与干燥室内介质循环方向一致；在室长度方向上喷汽均匀成对的布置在风机的前、后方；进气口设在风机能抽取到新鲜空气的地方；排气口必须设在风机的风压所及范围内安装雾化喷头使用逆转风机时，可互换第4章 木材常规干燥工艺1、 隔条的作用 使材堆在宽度方向上保持稳定； 使干燥介质能在每一层板材之间自由流通，以便将热量传给板材，同时把 从板材中蒸发出来的水分带走； 使材堆中的各层板材夹紧，防止和减轻翅曲变形，也能起到稳定材堆的作用。2、 隔条的选用用材质均匀，纹理通直，变形小，坚固耐用且无腐朽等缺陷的硬木制作强制循环干燥室速度大且规律性强，厚度25mm（宽度3540mm）断面尺寸2535mm自然循环干燥室被干板材的宽度200mm，厚度20mm被干板材的宽度200mm断面尺寸4040mm隔条的长度与材堆宽度一致隔条的间距板材厚=25mm，不超过0.5m阔叶材，不超过板材厚度的25倍；针叶材，不超过板材厚度的30倍厚=50mm，按0.81.0m布置厚50mm，取1.0m到1.2m板材越薄或终含水率越低，隔条数目越多 3、 锯材的堆积形式与规格堆积形式有水平气道和垂直气道只有水平气道，无垂直气道材堆的 规格宽高长叉车装窑（单元小堆的尺寸）1.2m或1.5m通常装2到4节1.2m或1.5m一般装3个材堆纵深方向装3到4节轨车装窑1.8m2.2m2.52.8m48m材堆外轮廓与壳体的距离与顶板（或假天棚）200mm与侧墙500mm800mm；其中侧风机型的干燥窑一般取800mm与端墙和门框70mm100mm材堆底部与轨面300mm4、 锯材的堆积规则1、合理搭配树种：每室木材尽可能材种一致。特殊情况下，材性相似时可混装。例如：a:色木、桦木；b:黄波萝、色木。2、初含水率要求：同一干燥室，木材初含水率，尽可能一致；绝对不允许湿材与气干材混装。3、板材厚度要求：同一干燥室板材的厚度应当一致，绝对不允许厚度误差超过1cm的板材混装。4、材堆中的各层隔条在高度方向上应自上而下地保持在一条垂直线上，落在材堆底部的支撑横梁上。5、板材质量要求：材质好在下部，材质差在上部；长度不同时，长材在材堆下部和两侧，短材应在上部和中间，以保证稳定性。6、材堆堆积时要求一端平齐，材堆两侧应整齐垂直，以利于循环气流沿材堆高度均匀流入。7、材堆堆积时要预留检验板的放置位置。8、在干燥毛料时，若其厚度和宽度都比较小（厚度在40mm以下，而宽度在50mm以下）时，可以将毛料木材直接作为隔条。9、在自然循环干燥窑内，材堆内部需要预留一系列垂直气道，且气道自上而下保持在一条直线上。10、正确使用压铁：压铁规格一般为50501000重量约为30kg，压铁的位置正对着隔条。5、 干燥基准根据干燥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干燥过程中根据被干木材含水率的状态来制定的干燥介质温度和湿度变化的程序表时间干燥基准根据被干木材的干燥时间来划分阶段，以调节干燥介质的温度和湿度的基准表，叫时间干燥基准连续升温干燥基准规定了介质的初始温度、最高温度和升温速度，从初始温度开始，等速提高介质的温度干燥梯度基准干燥过程中，木材平均含水率与干燥介质状态对应的平衡含水率之比选用依据主要依据锯材的树种和厚度；其次要考虑其初含水率、用途和干燥质量要求6、 干燥过程的实施干燥过程的实施预热阶段目的提高木材温度，使厚度方向均匀热透高温、湿处理，溶解木材内树脂、单宁类等使木材内水分均匀分布，平衡板材间W差提高木材的可塑性，防止开裂和变形参数温度略高于干燥基准开始阶段温度硬阔叶材5软阔叶材或厚度60mm以上的针叶材8厚度60mm以下的针叶材15湿度干湿球温度差为l3；W在25%以上，相对湿度H98%，当W在25%以下，H = 90%95%时间夏季为11.5h/cm（厚度）