第四章 干燥(11木结构)

1、 本章本章主要介绍单板、刨花和纤维等基本单 元的干燥机理、干燥工艺、干燥设备及其 干燥过程控制。 基本单元的含水率与生产工艺、产品性能的关系 十分密切 ，因而干燥工序必不可少，并应严格控 制。 4.1.1 干燥过程干燥过程 4.1.1.1 水分的移动 1、水分在木材中的存在形式 自由水 存在于细胞腔内； 吸着水 存在于细胞壁内； 化合水 与木材分子化学结合。 2、水分在木材中的移动通道 纵向通道 细胞腔 平行纤维方向 横通道向 细胞壁的纹孔 垂直纤维方向 3、木质原料单元的干燥过程 1) 传热过程 在温度的作用下，热量首先传递给物料表面，并逐渐 向内部传递。 2) 传质过程 物料表面水分汽化；

2、 物料内部水分向表面移动。 1 1、预热阶段、预热阶段 预热阶段通过干燥介质与干燥预热阶段通过干燥介质与干燥 单元直接接触单元直接接触,使物料温度快速使物料温度快速 上升上升,此阶段一般不蒸发水分。此阶段一般不蒸发水分。 2 2、恒速干燥阶段、恒速干燥阶段 恒速干燥阶段以蒸发自由水为恒速干燥阶段以蒸发自由水为 主，且蒸发速率不变。主，且蒸发速率不变。 3 3、减速干燥阶段、减速干燥阶段 可分为两段：第一段蒸发剩下可分为两段：第一段蒸发剩下 的自由水和大部分吸着水，第的自由水和大部分吸着水，第 二段蒸发剩余的吸着水。其特二段蒸发剩余的吸着水。其特 点是：水分移动和蒸发的阻力点是：水分移动和蒸发的

3、阻力 逐步加大，干燥速率逐步降低，逐步加大，干燥速率逐步降低， 供给的热量除蒸发水分外，还供给的热量除蒸发水分外，还 使干燥单元温度上升。使干燥单元温度上升。 温度曲线曲 线 干燥曲线C 曲线 AB段 预热阶 段 升温 BC段 恒速干 燥 自由水蒸发 物料表面温度基 本不变 CD段 减速 干燥 部分自由 水和吸着水蒸发 适宜的含水率是保 证胶合强度的基本 要求。 对酚醛树脂和脲醛 树脂胶粘剂，单板 含水率812； 对于血胶和蛋白质 胶，单板含水率8 15。 4.2.1.1 按传热方式按传热方式 空气对流式 接触式 联合式 4.2.1.2 按单板传送方式按单板传送方式 纵向进板 进板方向与单板纤

4、维方向一致；（先剪后干） 横向进板 进板方向与单板纤维方向垂直；（先干后剪） 网带式 上网带用于支承和传送，下网带用于压紧。厚0.5mm以上的 单板都可以传送。 辊筒式 采用上下成对的辊筒组，依靠转动和摩擦力带动单板前进。 适合于传送厚度1mm以上的单板，干燥后的单板平整度优于网带式。 4.2.1.3 按热空气循环方式按热空气循环方式 纵向通风干燥机 热空气沿干燥机长度方向循环。已不常用。 横向通风干燥机 热空气沿干燥机宽度方向循环。干燥速度 高，效果好，目前广泛使用。 喷气式网带干燥机是一种连续的单板干燥设备。喷气式网带干燥机是一种连续的单板干燥设备。 由干燥段和冷却段组成。干燥段通过热空气

5、循环，由干燥段和冷却段组成。干燥段通过热空气循环， 加热单板，加速单板内水分排出，可由若干分室加热单板，加速单板内水分排出，可由若干分室 组成（每室长约组成（每室长约2m），干燥段越长，单板传送速），干燥段越长，单板传送速 度越快，干燥能力越强；冷却段通入冷风冷却，度越快，干燥能力越强；冷却段通入冷风冷却， 可以消除单板的内应力，同时利用单板内的温度可以消除单板的内应力，同时利用单板内的温度 梯度蒸发一部分水分，冷却段一般由梯度蒸发一部分水分，冷却段一般由12个分室个分室 组成。组成。 喷气式网带干燥机利用高温高速热气流从单板带喷气式网带干燥机利用高温高速热气流从单板带 的两面垂直喷射在板面上

6、，冲破单板表面的临界的两面垂直喷射在板面上，冲破单板表面的临界 层，使单板干燥速度大大加快，为单板连续干燥层，使单板干燥速度大大加快，为单板连续干燥 创造了必要的条件。创造了必要的条件。 4.2.2.2喷气辊筒式干燥机喷气辊筒式干燥机 采用上下成对的辊筒组，适合干燥厚度为采用上下成对的辊筒组，适合干燥厚度为1毫米以上毫米以上 的单板。的单板。 特点特点：干燥后的单板平整度优于网带干燥。但耗用干燥后的单板平整度优于网带干燥。但耗用 钢材多，钢材多， 只能纵向进板。只能纵向进板。 辊筒的作用：传送和压榨单板，并对单板传热。辊筒的作用：传送和压榨单板，并对单板传热。 注意：注意： 辊筒干燥单板过程中

7、，在高温区域内，其传热方式辊筒干燥单板过程中，在高温区域内，其传热方式 从对流式转向接触式传热。从对流式转向接触式传热。 单板干燥质 量主要从干 缩、变形、 含水率及其 分布等方面 进行评价。 4.2.3.1 单单 板干缩板干缩 特点：先由 宽度方向局 部干缩，再 从厚度方向 干缩。 1、变形原因 木材的结构因素；干燥过程中，单板边缘部分水分比 中间部分蒸发快，边缘部分的干缩受到限制，导致边 部生产波浪形甚至开裂。 2、减少变形的措施 逐张干燥时，边部重叠12cm，减小边部水分蒸发速 度；带状干燥时，两边6mm宽度上喷水，增加边部含 水率；连续干燥时，单板两段贴加强胶带，提高横纹 强度，防止端

8、向开裂。 4.2.3.3 单板 含水率分布 含水率偏差的原 因：心边材初始 含水率差异，在 干燥机中的位置 不同等。 连续检测干燥后 的单板含水率。 干燥单板堆放 24h后再使用。 4.2.4.1 干燥介质干燥介质 1、热空气温度、热空气温度 热空气温度升高，含水率热空气温度升高，含水率 梯度、压力梯度、水蒸气梯度、压力梯度、水蒸气 扩散系数及水分传导系数扩散系数及水分传导系数 均增加，单板内水分蒸发均增加，单板内水分蒸发 速率增大。速率增大。 恒速干燥阶段，干燥速率恒速干燥阶段，干燥速率 与干球温度或干湿球温差与干球温度或干湿球温差 几乎成直线关系；在减速几乎成直线关系；在减速 干燥阶段，干

9、球温度对干干燥阶段，干球温度对干 燥速率的影响大于干湿球燥速率的影响大于干湿球 温差。温差。 2、热空气相、热空气相 对湿度对湿度 干球温度一干球温度一 定时，干湿定时，干湿 球温差大，球温差大， 则干燥速率则干燥速率 大；大； 单板含水单板含水 率高，干率高，干 湿球温差湿球温差 的影响程的影响程 度大，反度大，反 之则小之则小。 干球温度干球温度 高，相对高，相对 湿度对干湿度对干 燥时间的燥时间的 影响小；影响小； 干球温度干球温度 低，相对低，相对 湿度对干湿度对干 燥时间的燥时间的 影响大；影响大； 3、热空气、热空气 风速风速 对于对流干对于对流干 燥机，风速燥机，风速 12m/s

10、， 风速超过风速超过 2m/s，对干，对干 燥速率影响燥速率影响 已经很小。已经很小。 如果再提高如果再提高 风速，动力风速，动力 消耗则大大消耗则大大 增加。增加。 对于喷气式干对于喷气式干 燥机，风速达燥机，风速达 到到1520m/s， 才能有效破坏才能有效破坏 单板表面的临单板表面的临 界层，达到提界层，达到提 高水分蒸发速高水分蒸发速 率的效果。率的效果。 4、热空气喷射方、热空气喷射方 式式 高速气流垂直喷高速气流垂直喷 射于单板表面，射于单板表面， 提高热传导效率，提高热传导效率， 加速内部水分扩加速内部水分扩 散，缩短干燥时散，缩短干燥时 间间 1、树种与初始含水、树种与初始含水

11、 率率 一般情况下，密度大一般情况下，密度大 的树种，细胞壁较厚，的树种，细胞壁较厚， 细胞腔较小，在低含细胞腔较小，在低含 水率范围，水分传导水率范围，水分传导 阻力大，干燥速率降阻力大，干燥速率降 低。低。 同一树种、同一厚度同一树种、同一厚度 的单板，初始含水率的单板，初始含水率 高，干燥时间延长。高，干燥时间延长。 2、单板厚度、单板厚度 厚度越大，水分传厚度越大，水分传 导和水蒸气扩散的导和水蒸气扩散的 路程及阻力增大，路程及阻力增大， 干燥速率下降，干干燥速率下降，干 燥时间延长。燥时间延长。 单板厚度与干燥时单板厚度与干燥时 间的关系：间的关系： t=t0(d/d0)n n为系数

12、，一般取为系数，一般取 1.3。 4.4.1 刨花干燥目的与刨花干燥目的与 要求要求 4.4.1.1 干燥目的干燥目的 使刨花的含水率均匀一致使刨花的含水率均匀一致;使使 刨花的含水率达到规定的要刨花的含水率达到规定的要 求。求。 4.4.1.2 刨花干燥的基本要求刨花干燥的基本要求 1、达到均匀一致的终含水率：、达到均匀一致的终含水率： 表层表层36，芯层，芯层24 ； 2、尽量避免刨花破碎；、尽量避免刨花破碎； 3、有可靠的防火防爆措施。、有可靠的防火防爆措施。 原料种类原料种类绝对初含水率绝对初含水率 水运材水运材120 生材生材6070 陆地贮存陆地贮存12 月的木材月的木材 4060

13、 胶合板厂加工胶合板厂加工 剩余物（湿）剩余物（湿） 6575 胶合板厂加工胶合板厂加工 剩余物（干）剩余物（干） 812 家具厂边条废家具厂边条废 料（干）料（干） 1220 工厂（机床）工厂（机床） 刨花刨花 1220 4.4.1.3 含水率偏差的影响含水率偏差的影响 1、含水率过低、含水率过低 1）运输与伴胶时，增加刨花的破碎率；）运输与伴胶时，增加刨花的破碎率； 2）刨花过量吸胶造成表面缺胶，使刨花）刨花过量吸胶造成表面缺胶，使刨花 板强度下降；板强度下降； 3）塑性差，难压缩，需增大加压压力；）塑性差，难压缩，需增大加压压力； 4）板坯热传导速率降低。）板坯热传导速率降低。 2、含水

14、率过高含水率过高 1）需延长热压时间；）需延长热压时间； 2）热压时容易发生分层和鼓泡现象。）热压时容易发生分层和鼓泡现象。 4.4.2.1 刨花干燥方式 1、间接接触传热和机械传动干燥 如：转子式干燥机，滚筒干燥机等； 2、直接接触传热和气流传动干燥 如：单通道气流干燥机，三通道圆筒式气流干燥 机等； 3、直接接触传热和机械传动干燥 如：多层带式干燥机，炉气加热圆筒干燥机等。 组成组成:燃烧室、三层燃烧室、三层 同轴干燥筒和排气同轴干燥筒和排气 系统等组成。系统等组成。 干燥参数：进口温干燥参数：进口温 度度500550，出，出 口温度口温度125；内层；内层 圆筒的刨花前进速圆筒的刨花前进

15、速 度度20m/s，中间通中间通 道道67m/s，外层外层 通道通道45m/s。 内层刨花由气流传内层刨花由气流传 送，在悬浮状态下送，在悬浮状态下 干燥；进入中间和干燥；进入中间和 外层通道，从气流外层通道，从气流 中落下的湿重刨花中落下的湿重刨花 被转动圆筒内的叶被转动圆筒内的叶 片带起重返气流中，片带起重返气流中， 干燥快的碎小刨花干燥快的碎小刨花 随气流排出，保证随气流排出，保证 了干燥刨花的含水了干燥刨花的含水 率均匀。率均匀。 4.4.3.1 树种和树种和 初始含水率初始含水率 针叶树材的刨针叶树材的刨 花干燥速度快花干燥速度快, 干燥时间短干燥时间短(图图)。 初始含水率高初始含

16、水率高 的原料，干燥的原料，干燥 时间长。时间长。 4.4.3.2 刨花刨花 尺寸尺寸 刨花厚度越大，刨花厚度越大， 干燥时间越长。干燥时间越长。 大尺寸刨花比大尺寸刨花比 小尺寸刨花需小尺寸刨花需 要更多的干燥要更多的干燥 时间，如有条时间，如有条 件，大小刨花件，大小刨花 应分开干燥。应分开干燥。 4.4.3.3 干燥干燥 介质状态介质状态 介质温度：介质温度： 根据刨花初根据刨花初 始含水率确始含水率确 定最高干燥定最高干燥 温度；温度； 湿度：相对湿度：相对 湿度越低，湿度越低， 干燥速度越干燥速度越 快。快。 4.4.3.4 环境条件 环境的温度和湿度影响，气温较高、湿 度较低时，可

17、适当降低干燥温度或缩短 干燥时间。 4.5.1 纤维干燥目的纤维干燥目的 对于中密度纤维板生产，热压前板坯含水 率要求在8%12%，而热磨纤维的含水率 为40%50%，施胶后达到50%60%，故 必须进行纤维干燥。 4.5.2 干燥方式干燥方式 最早使用滚筒干燥机,随后出现了喷气干 燥机,目前广泛采用的是一级或二级管道 气流干燥系统（闪击式管道干燥机）。 先施胶再干燥，先干燥再施胶 。 先干燥再施胶先干燥再施胶 施胶均匀性较 差，纤维易结 团，会导致板 坯铺装不均， 影响产品密度 与厚度稳定性， 以及产生板面 胶斑、胶块等 缺陷 先施胶再干燥先施胶再干燥 优点：施胶均 匀，干燥工艺 易控制，减

18、少 着火的几率， 不需伴胶机， 简化工艺流程。 缺点：少量胶 粘剂提前固化， 略增加施胶量。 现代干燥系统 的组成：燃烧 炉、空气预热 器、干燥管道、 风送系统、旋 风分离器、检 测控制装置与 防火设施等。 主干燥管道通 常为70100m 长、直径约1 1.5m。 4.5.3 一级干燥系统一级干燥系统 纤维一次干燥达到最终含水率要求。纤维一次干燥达到最终含水率要求。 纤维干燥介质温度纤维干燥介质温度130170，出口温度，出口温度65 68。纤维在管道内的时间。纤维在管道内的时间57s。 干燥过程：一级干燥系统分为前后两段，前段称为干燥过程：一级干燥系统分为前后两段，前段称为 加速段，管径略小，热介质流速高，湿纤维与热介加速段，管径略小，热介质流速高，湿纤维与热介 质有较大的速度差，因而纤维水分可以快速汽化，质有较大的速度差，因而纤维水分可以快速汽化， 含水率急剧下降。后段称为干燥段，管径略有加大，含水率急剧下降。后段称为干燥段，管径略有加大， 热介质流速减小，纤维干燥主要依靠纤维与热介质热介质流速减小，纤维干燥主要依靠纤维与热介质 之间的温度差来完成。之间的温度差来完成。 特点：干燥时间短，生产效率高，设备投资少，热特点：干燥时间短，生产效率高，设备投资少，热 损伤小，