木材特种干燥方法

1、第八章第八章其他木材干燥方法其他木材干燥方法 大气干燥的原理和特点 大气干燥材堆的堆积方法 大气干燥的实施 强制气干 联合干燥8.1.1 8.1.1 大气干燥的原理和特点大气干燥的原理和特点 木材的大气干燥木材的大气干燥是天然干燥的主要形式。它是利是天然干燥的主要形式。它是利用自然界中大气的热力蒸发木材的水分，达到干燥的目用自然界中大气的热力蒸发木材的水分，达到干燥的目的的, ,又叫天然干燥，简称气干。又叫天然干燥，简称气干。 原理：原理：材堆内，吸收水分的空气，由于密度增加，此部分湿空气就要下降，温度高的湿空气就要上升，从而形成气流的循环，并使木材得以干燥。 特点：特点：干燥介质的状态主要受

2、外界因素的支配，人工不易调节和控制。 优点优点: : 技术简单、节约能源、比较经济. 缺点缺点: : 干燥条件不易控制、干燥时间长、占用场地大、易受茵虫危害。8.1.2 8.1.2 大气干燥的大气干燥的堆积方法堆积方法 大气干燥时，木材的堆积方法与自大气干燥时，木材的堆积方法与自然循环木材干燥室材堆的堆积方法然循环木材干燥室材堆的堆积方法相似，但当大气干燥和其他干燥方相似，但当大气干燥和其他干燥方法联合干燥时，木材一次堆积成功，法联合干燥时，木材一次堆积成功，与强制循环干燥时材堆的堆积方法与强制循环干燥时材堆的堆积方法一样。一样。 8.1.3 8.1.3 大气干燥的实施大气干燥的实施大气干燥需

3、要较大的板院，对板院的大气干燥需要较大的板院，对板院的技术要求技术要求为：为： 板院地势平坦干燥； 略带坡度，四周应有排水沟； 场地无杂草和垢物，四周无高大建筑物和树木,通风良好； 板院内外留有防火通道，配置防火设备。 材堆要堆在堆基上，堆基高0.40.6m。 (设置堆基的主要目的是为了堆底有良好的通风,防止雨水浸泡木材。) 材堆的顶部还须有顶盖,以遮住雨水和光照。堆放材堆的注意事项 一堆同材、一堆同厚、量少质近； 先分后堆、长材居外、短材居内、两端堆齐、上下垂直； 堆长顺风； 留有空隙、形成气道。(注：在气干过程中，应该按时测定木材含水率的变化和检验锯材的外部形态。根据检验板重量的变化，检查

4、和结束干燥过程。)8.1.4 8.1.4 强制气干强制气干 强制气干强制气干：在大气干燥过程中，在材堆的旁边设置风机以提高材堆内的气流循环速度的干燥方法。 注 ：层流层；锯材表面风速在1米/秒以上；强制气干与室干不同。 优点：优点：由于干燥条件比较温和，可以提高干燥质量；减少降等率和开裂；防止变色；并使最终含水率均匀。 应用：应用：强制气干可作为两段干燥方法的前段预干使用，降低干燥成本。（两段干燥：第一阶段在制材两段干燥：第一阶段在制材厂将锯材预干到含水率为厂将锯材预干到含水率为20%20%；第二阶段由使用单位用其；第二阶段由使用单位用其他方法干燥到所需的终含水率。）他方法干燥到所需的终含水率

5、。）8.1.5 8.1.5 联合干燥联合干燥 在保证干燥质量的前提下，短时间低能耗在保证干燥质量的前提下，短时间低能耗完成干燥过程是干燥技术发展的方向。完成干燥过程是干燥技术发展的方向。 例如：例如：气干室干、气干真空干燥、太阳能干燥除湿干燥，等等。 两段干燥：两段干燥：第一阶段在制材厂将锯材预干到含水率为20%；第二阶段由使用单位用其他方法干燥到所需的终含水率。（第一阶段常使用大气干燥、常规室干、除湿干燥和太阳能干燥。） 优点：优点：耗能低、成本低。8.2 木材的特种干燥方法木材的特种干燥方法除湿干燥除湿干燥真空干燥真空干燥太阳能干燥太阳能干燥微波干燥微波干燥8.2.1 8.2.1 除湿干燥

6、除湿干燥(dehumidification drying)1.1.除湿干燥：除湿干燥：干燥窑不设进排气道，湿热废气不是排入大气而是 经除湿机先将其中的水分除去，再将变干了的空气加热后送进干燥室，继续干燥木材的干燥方式，又叫热泵干燥热泵干燥。常规干燥时利用向大常规干燥时利用向大气排湿气的方式来减少干燥室内相对湿度。开气排湿气的方式来减少干燥室内相对湿度。开式循环的换气方式，热损失很大，常规蒸汽干式循环的换气方式，热损失很大，常规蒸汽干燥的燥的换气热损失在换气热损失在40%40%左右左右。 除湿干燥主要依靠空调制冷的原理使空气中水分冷凝来降低干燥室内空气的湿度，空气在干燥室与除湿机之间为闭式循环，

7、基本上不排气。2.2.主要设备和工作原理：主要设备和工作原理：（1 1）主要设备：）主要设备：干燥室和除湿机。干燥室和除湿机。除湿机由外壳、制冷压缩机、蒸发器（冷源）、冷凝器（热源）、热膨胀阀辅助加热器、风机、连接管道及一定量的制冷剂组成。蒸发器的作用蒸发器的作用如同空调机的室内机（或冰箱的冷冻室）蒸发器内的制冷剂吸收来自干燥室内的湿空气的热量，使空气冷却排水。温度和相对湿度都降低。蒸发器内制冷剂由于吸热蒸发而由液体变成气体，经压缩机升压后送至冷凝器（又称热交换器）。 冷凝器的作用冷凝器的作用如同空调室外机的散热器（或冰箱背面的散热器）。但空调室外机散热器内的高压制冷剂是依靠外界大气冷却，使它

8、从气体变成高压液体，热量散发在室外机周围的空气中。除湿机冷凝器内的制冷剂依靠来自蒸发器的干冷空气冷却，冷凝器内制冷剂放出热量使空气被加热变成热风又送回干燥室加热木材。 膨胀阀的作用膨胀阀的作用是使制冷液由高压降至低压，以便使它能重新进入蒸发器内吸热进入下一个制冷循环。 1 2 3 4 5 6 1 1. .压缩机压缩机 2.2.接水盘接水盘 3.3.排水管排水管 4.4.蒸蒸发器发器 5.5.冷凝器冷凝器 6.6.风机风机 除湿机主要部件布置 压缩机外形图 1.1.吸气口吸气口 2.2.排气口排气口 1 2 （2 2）工作原理：）工作原理：利用低沸点的制冷剂由气体变为液体时放出的热量将空气加热，

9、又利用它由液态变为气态时吸收热量的作用，使木材蒸发出的水分冷凝成液体而排出室外。3.3.对除湿干燥室的对除湿干燥室的要求：要求：（1）保温 （2）密闭 (3) 防腐4.4.除湿干燥除湿干燥工艺工艺（1 1）干燥温度：）干燥温度： a.辅助加热器预热空气温度约到24 ? 4 C b.热泵供热使干燥室渐升温到32 ? 4 C 49 ? 4 C （2 2）干燥湿度：）干燥湿度：针叶材 63%27% 阔叶材 90%35%（3 3）干燥时间：）干燥时间：由于除湿干燥为低温干燥，故干燥时间较长。例如，32mm厚的赤栎锯材从生材干燥到6%8%的含水率，需要4045天；25mm厚的白松从含水率90%干燥到8%

10、需18天。而同样的锯材，常规蒸汽干燥分别需要26天和6天。5.5.除湿干燥的优缺点：除湿干燥的优缺点：优点：优点：1）节省能耗；2）对干燥室的设计和使用材料的要求不高；3）使用电能，环境污染少；4）适用于含水率大于20%的阶段。缺点：缺点：1）干燥速度慢，终含水率偏高；2）无调湿装置，木料有表面硬化；3）压缩阀和控制阀需要很好保养；4）高温除湿机的制冷剂，国内来源困难；5）成本大于常规干燥。 8.2.2 8.2.2 真空干燥真空干燥(Vacuum drying)1.1.真空干燥：真空干燥：把木材置于密闭容器内，在低于大气压力的条件下加热干燥木材的方法称为真空干燥。 罐体用1015mm厚的钢板辊

11、压弯曲、焊接而成。圆柱体结构在真空下承受外压性能好，制作工艺也较简便。内壁喷镀铝层或涂防锈漆以防腐蚀。外壁包保温层。罐内下部设有两条钢轨道。圆柱形罐体的直径通常为1.22.6m，有效长度为320m。蒸汽发生器蒸汽发生器内蒸汽的压力不容许超过2个表压力，以保证操作安全。2.2.真空、真空度、真空表真空、真空度、真空表真空：真空：物理学是指没有或只有很少原子和分子的空间。工程技术上泛指在给定空间内，气体分子密度低于当地大气压下的气体分子密度的气体状态。真空度：真空度：处于真空状态下气体的稀簿程度称之为真空度。工程技术上真空度常用两种方式，即绝对真空度和相对真空度表示。绝对真空度指真空状态下稀薄气体

12、的绝对压力，容器内气体越稀薄压力越低，真空度越高； 相对真空度（%）： （%）式中：1atm为一个标准大气压(1.01325105Pa)；p为处于真空状态下的绝对压力。真空表：真空表：工业生产中常用的一种指示大气压力与容器内气体绝对压力之差的仪器，用来粗略的表示真空度的大小。1001atm1atmp3.3.真空干燥的真空干燥的设备：设备：干燥筒（容量几个至十几个m3）、真空泵、加热系统、冷却系统和控制系统（手动或计算机自动控制）。4.4.真空干燥的真空干燥的原理和特点：原理和特点： 原理：原理：（1）内高外低的压力梯度； （2）内高外低的含水率梯度 。 特点：特点：在真空环境下，水分沸点降低，

13、可以实现低温快速干燥；干燥周期短，干燥质量好；氧分压降低，可减少物料在干燥过程中的氧化变质现象，并 在缺氧状态下抑制一些细菌的繁殖生长；可以回收一些有毒有害的气体，减少环境污染。 5.5.真空干燥的真空干燥的分类：分类：（1）间隙式；（2）连续式。 6.6.真空干燥的真空干燥的工艺工艺过程过程 按加热方式分：对流加热间隙真空干燥、热板加对流加热间隙真空干燥、热板加热连续真空干燥热连续真空干燥和高频加热真空干燥。高频加热真空干燥。(1)(1)对流加热间隙真空干燥工艺对流加热间隙真空干燥工艺对流加热间歇真空干燥主要由常压加热和真空脱水交替进行的若干个循环过程组成。典型的干燥流程如下：如从整体上把握

14、，真空干燥亦可分为预热、干燥、调预热、干燥、调湿处理湿处理三个阶段。1 1）预热）预热木材预热阶段通常需作汽蒸处理汽蒸处理。 主要目的：主要目的：使木材脱脂(树脂含量高的木材)、改善木材的渗透性（permeability）等。 一般用100饱和蒸汽进行预热，时间按木材厚度来确定，即汽蒸11.5h/厚1cm。 预热结束后，需将材芯温度降到干燥基准所规定的温度后方能抽真空。2 2）干燥）干燥 干燥阶段包括若干个循环过程。A.A.加热加热 目的是为木材中水分蒸发和移动提供能量。 加热阶段干燥机内风机运转。加热时间据木材中心温度来确定，待其达到干燥基准所规定的值(通常比空气介质的温度低815)时，即停

15、止加热。风机亦停止运转，并转入平衡阶段。B.B.平衡平衡 在加热停止后应平衡约30min，待木材表、心层温差较小后再启动真空泵。 C.C.真空真空 抽真空阶段才是真正干燥阶段。可根据木材中心温度值确定抽真空的时间。对于不能实现干燥过程中木材心部温度和气压监测的干燥设备，抽真空时间可凭经验据木料厚度确定，即，抽真空1min/厚1mm。如木料厚50mm，每次抽真空时间可定为50min。D.D.泄压泄压 真空阶段结束后，应使干燥罐体内部恢复到常压。对于难干材，卸压时可据需要适量喷入蒸汽，以使木材表面吸湿，确保其在干燥过程中始终维持较小的含水率梯度。3 3）调湿）调湿调湿处理在常压和风机常压和风机运转

16、的条件下进行。介质温度一般比加热阶段介质基准温度低68，并向干燥罐体内适当喷蒸，以提高木材的平衡含水率。处理时间据木材厚度而定，一般为824h。对流加热间歇真空干燥法制定干燥基准的原则是：a.首先确立真空阶段木材芯部的温度。一般不超过70，否则将由于加热阶段木材其它部位温度过高而使木材产生降解、变色等缺陷。常用范围为5070。b.其次确立真空阶段罐体内部的真空度。一般根据木材芯部温度所对应的饱和蒸汽压与罐体内部气压差(P)的大小来确立。渗透性差的难干材、较厚材，P应选小值，否则P可适当加大。含水率阶段(%)介质温度( )材芯温度( )时间( m in)材芯温度( )真空度(kPa)时间( m

17、in)预热706018030807012060201203020807012060201202090801206520120终了90801206520240预热807018030908012060201203020908012060201202090851206520120终了90851206520240含水率阶段(%)干球温度( )湿球温度( )材芯温度( )材芯温度( )真空度( M P a)时间( m in)4075726542153403080767042153302082757245102.520以下85757545102.5 （自陈日新等，1992）表表 8-4 木材间歇真空干燥基

18、准8-4 木材间歇真空干燥基准(1) 柞木( 2 0mm厚 )加热阶段真空阶段真空阶段加热阶段(2) 桦木( 2 0mm厚 )(3) 576 2mm厚 水曲柳毛边板(2) (2) 热板加热连续真空干燥工艺热板加热连续真空干燥工艺加热板为空心铝板。板中的载热流体通常为热水或热油。加热板通过软管与管体内的热水总管连接。供水温度一般不超过95。该工艺过程分为预热、干燥预热、干燥和调湿调湿三个阶段。1 1）预热）预热预热通常在常压下进行。 温度比干燥阶段的初始温度低5左右； 时间以木材中心达到预定温度为准，亦可按经验确定：对于硬质材，预热22.5h/厚1cm；对于半硬质材和软材，预热1.5h/厚1cm

19、。2 2）干燥）干燥木材预热到预定温度后，启动真空泵即转入干燥阶段。 干燥阶段真空度依材芯温度所对应的饱和蒸汽压与罐体内部气压差(P)的大小而定。一般P由材种及其初含水率来确定，之后据干燥初始阶段的材芯温度来确定罐体内部真空度。 木材达到终含水率要求后，即关闭真空泵，停止加热。3 3）调湿处理）调湿处理热板加热真空干燥木材的终含水率均匀性较差，干燥结束后须作调湿处理。 停机后将木材密闭在干燥罐内“闷放”若干小时。此时木材中心的水分继续向外移动，有利于使木材终含水率趋于均匀。树种、厚度含水率( % )加热温度( )真空度( k P a)备注605520柞木6040582030mm40306220

20、(整边板)3025621025106510605520水曲柳6040602040mm40306420(整边板)30256410含水率从60%10%25106710的干燥周期约4天606220椴木6040652040mm40306820(毛边板)30256810含水率从65%10%25107310的干燥周期约4天预处理5020避免水分剧烈蒸发6060205hr后正式转入干燥桦木6040632040mm40306620(毛边板)30256610含水率从65%10%25107010的干燥周期约4天表表 8-5 木材连续真空干燥基准木材连续真空干燥基准7.7.真空干燥的优缺点、应用及其它真空干燥的优缺

21、点、应用及其它(1(1）优点）优点a. a.干燥速度快。干燥速度快。 干燥阔叶树材厚板时，干燥阔叶树材厚板时，真空干燥的速度通常为常规干燥的真空干燥的速度通常为常规干燥的3 35 5倍；干燥针叶树材厚板时，真空干燥的倍；干燥针叶树材厚板时，真空干燥的速度通常为常规干燥的速度通常为常规干燥的2 23 3倍；而干燥倍；而干燥针叶树材薄板时，速度提高不明显。针叶树材薄板时，速度提高不明显。b. b.干燥质量好干燥质量好。 带髓心的柞木、水曲带髓心的柞木、水曲柳方材及其它硬阔叶树厚板材，采用柳方材及其它硬阔叶树厚板材，采用真空干燥，干燥降等率有较大幅度降真空干燥，干燥降等率有较大幅度降低，且基本上能保

22、持木材的天然颜色低，且基本上能保持木材的天然颜色和强度；对于初含水率较高的厚板，和强度；对于初含水率较高的厚板，若用热板加热连续真空干燥，其终含若用热板加热连续真空干燥，其终含水率均匀性将较差，所以宜用间歇真水率均匀性将较差，所以宜用间歇真空干燥。空干燥。c. c.干燥机使用灵活性较好。干燥机使用灵活性较好。（2 2）缺点）缺点 a.设备较复杂，投资较大。 b.不带能量回收装置的间歇真空干燥机的能耗大于常规干燥。 c.连续真空干燥时，木材装卸较麻烦，费用较大。 d.木材的终含水率不均匀，难以检查板材干燥状态。（3 3）适用范围）适用范围 a.透气性好的木材； b.短材，厚材； c.容易在高温下

23、发生皱缩而增大收缩的木材； d.树脂含量多的木材； e.常规干燥中厚度较大、干燥易开裂、难干的材种及高档用材。（4 4）生产上常用于：）生产上常用于：1）硬阔叶树材低含水率阶段的干燥（206-8）；2）珍贵树种的气干材干燥；3）作为联合干燥的最后阶段干燥。（5)5) 真空干燥过程的观测与记录：每15分钟进行一次，风机每2小时循环换向一次，含水率检验板每812小时称量一次。（6) 6) 真空干燥设备容量较小，在数量上检验板不得少于3块，试验板不得少于5块。 -实验室小型蒸汽加热真空干燥机实验室小型蒸汽加热真空干燥机风机和加热管安装在材堆两侧风机和加热管安装在材堆下部8.8.两种节能真空干燥新技术

24、两种节能真空干燥新技术（1 1）双联式真空）双联式真空 干燥机干燥机 双联真空干燥机的热能回收装置示意图双联真空干燥机的热能回收装置示意图1.真空泵；2、4、6、9、 管道；3、7干燥筒； 5. 热交换器8.真空泵工作液回收槽(自梁世镇等，1998)（2 2）带蒸汽压缩机）带蒸汽压缩机的真空干燥的真空干燥高效节能木材真空干燥机组工作原理高效节能木材真空干燥机组工作原理1.真空干燥筒；2.风机；3.往复式压汽机；4.注液泵；5. 贮汽罐6.主加热器；7.蒸管；8.辅助加热器；9.材垛；10.气囊 (自梁世镇等，1998)8.2.3 8.2.3 太阳能干燥太阳能干燥（solar-energy dr

25、ying ）利用集热器吸收太阳辐射能加热空气,再通过空气的对流传热,干燥木材。 1.1.类型：类型：分为暖房型暖房型、半暖房型半暖房型及集热器集热器与不透光干燥室分开型与不透光干燥室分开型三种。 2.2.优点：优点：利用来自太阳的无限清洁自然再生能源 ，干燥周期比气干短。温度低，干燥质量较好，缺陷也较少。干燥室可以不要蒸汽锅炉等高投资设备，因此投资建造费用少，设备运转费相应较低，干燥成本较低。 缺点：缺点：太阳能是一种低密度、间歇性的能源，且受自然条件制约，干燥时间长。集热器面积大，设备投资较高；集热器的透明盖板容易破损，故设备维修费用较大。 应用：应用：主要是作为预干。国内的太阳能干燥应注意

26、以下几个问题：国内的太阳能干燥应注意以下几个问题：1.解决辅助热源问题，否则在恶劣的天气无法正常干燥并延长干燥周期；2.选择更为有效的集热材料和集热方式，以提高集热器的热效率；3.提高管道和干燥室的保温性，完善空气循环系统，以提高整个干燥炉的热效率。注：当将某种电阻物体置于两块与高频电流发生器连接的电极 板之间时，由于该物体分子被高频电流激励而剧烈振动，温度会很快升高。这时，那两块电极板即构成一个电容器，位于两电极板之间的物体就称为电介质，用 表示。木材可以看成是木质、空气和水的混合电介质。木（ W ，）由图可见， W对木的影响比大得多。 8.2.4 8.2.4 微波干燥微波干燥（microw

27、ave drying ）1.1.原理：原理：以湿木材作为电介质，置于微波电磁场中，在频繁交变的电磁场的作用下，木材中的极化水分子迅速旋转相互磨擦产生热量，加热和干燥木材。微波指波长1m至1mm、频率300MHz 至300GHz的电磁波，高频指波长1000m至7.5m、频率0.3MHz至40MHz的电磁波。 湿木材在微波或高频电磁场中，吸收的电功率可用下式表示： P P0.550.55f fE E 2 2tgtg1010-12-12式中：式中：P P单位体积木材吸收的电功率，单位体积木材吸收的电功率，W/cmW/cm3 3； f f电流频率，电流频率，HzHz； E E电场强度，电场强度，V/c

28、mV/cm； 木材的介电系数（木材的介电系数（dielectric dielectric constant constant ）；）； tgtg木材损耗角（木材损耗角（loss angleloss angle）的正切。）的正切。2.特点：特点：（1）热量在被干材的内部直接产生； （2）木料沿整个厚度均匀热透，且热透时间t与厚度无关， t （E2， f ， ）； 注：电场越强，极化的水分子摆动的振幅越大，磨擦产生的热量就越多。 频率越高，木材中水分子的摆动就越频繁，磨擦产生的热量就越多。 电磁波对物料的穿透深度与频率成反比 ；高频适宜于干燥大断面的方材。 （3）水分移动受含水率梯度和温度梯度作用

29、。 （注：T木内T 水沸时，P木内P 常压） （4）木材的内应力比普通对流干燥小。 （原因：内部水分移动快，沿厚度的含水率 梯度小，在整个厚度上同时热透提高了可塑性。）3.3.设备：设备：微波发生器、微波加热器、传动系统、通风排湿系统、 控制和测量系统。4.4.优点：优点：(1)加热均匀，干燥速度快； (2) 干燥质量高（内应力小，材色不变化）； (3)高效节能，且易于连续化、自动化生产。 缺点：缺点：(1)设备投资大，运行成本（主要是电费）高； (2)由于木材材质及含水率分布不均，有时将导致木 材内部局部温度过高，尤其是渗透性差或厚板材； (3)若木料中含有导磁性金属物质，则由于电磁感应加热

30、使其温度急剧升高，将有可能将其周围的木料烤焦，甚至燃烧。5 .5 .微波干燥微波干燥工艺：工艺：采用微波干燥与气干或对流干燥的 联合工艺 。微波干燥与对流干燥的联合干燥。试材在预热阶段以及在纤维饱和点以上的干燥阶段，需要消耗大量的热能，此时可向干燥室内输送温度较高的热空气，同时间歇地输入微波能。这样，木料加热和水分蒸发所需的大部分热量可由廉价的对流热空气供给，而让微波能将更多的热量提供给木材内部。此外，间歇地输入微波能，还可以使木材内部的水蒸汽有足够的时间移动到木材表面，从而可减小木材横断面上的含水率梯度，防治木材表层和内部的不均匀收缩。当木材含水率降到纤维饱和点以下时，随着水分蒸发量的减少，木材的热能消耗降低，并且因木材导热系数的降低而减弱了热空气对木材内部温度的影响，所以，应降低热空气的温度，同时增