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柔性垫网接触式干燥中单板干燥速度变化规律
2004-07-23|
来源:中国林业网

  〖关键词〗 单板干燥 速度变化 
  其基本结构与热压机相同 ,而热板之间的柔性垫网兼具传质传热和运输单板的作用。干燥速度的快慢直接涉及到干燥时间 ,自然也影响生产率的高低 ,在柔性垫网接触式干燥机设计时还要根据干燥速度确定压机层数 ,协调装卸板和热压的关系。在生产过程中可利用干燥速度计算单板含水率 ,进行变压、开启等工艺调整。根据工艺试验结果 ,我们对接触式干燥过程中单板干燥速度的变化规律进行了详细分析。
  试验材料 :杨木单板350mm×350mn×1.85mm ,初含水率为55 %~145 %。
  垫网 :非金属材料 ,经线直径0.5mm ,纬线直径
  0.5mm ,透气度700 / ,开孔率≤10 %。
  1试验步骤
  将用于接触式干燥机的垫网材料裁成小幅 ,固定于试验压机的上、下压板 ,干燥温度定为140℃、160℃和180℃ ,压力采用0.3MPa。不同初含水率的单板按10 %的间距分成若干组 ,干到一定时间测其终含水率 ,根据单板含水率随干燥时间变化的情况作出回归曲线 ,分析干燥速度规律。
  2单板干燥过程
  在3种不同温度下对单板进行干燥 ,都得出了相近的指数回归曲线和方程。例如 ,将180℃条件下不同初含水率单板的回归曲线集中绘制于图1。
  从上图分析 ,单板在柔性垫网接触式干燥中可以分做如下几个阶段 :
  第一阶段是加热期。热板的热量主要用来加热单板 ,提高温度 ,使其内部水分达到沸腾。加热期非常短暂 ,2~3s内就可完成 ,在此阶段单板含水率保持不变。
  第二阶段是快速干燥期 ,曲线呈陡峭倾斜状。蒸发速度快但变化幅度小 ,单板含水率急剧下降至55 %~65 %,蒸汽排放量也达到最大值。
  第三阶段是减速干燥期 ,曲线明显弯曲。从数据看干燥速度迅速下降 ,变动幅度较大。排出的蒸汽逐渐减少直至察觉不到 ,单板含水率降至10 %~15 %。
  第四阶段是慢速干燥期 ,曲线平缓 ,渐近于x轴 ,即单板含水率接近于0。干燥速度极慢且基本不变。
  以初含水率为125 %的单板为例。压机闭合2s后开始有蒸汽涌出 ,结束加热期。然后进入快速干燥阶段 ,只用25s含水率就从125 %迅速降到60 %,干燥速度从4.0 %/s降到3.4 %/s ,差别不大 ,变化率为0.02 %/s2;从60 %含水率继续干燥到15 %是减速干燥期 ,用43.5s的时间 ,速度降到0.48 %/s ,明显减小 ,变化率为0.1 %/s2;含水率在15 %以下是慢速干燥期 ,干至4 %时速度从0.48 %/s降到0.13 %/s ,变化率仅为0.0085 %/s2,趋近于0 ,干燥速度基本保持不变。最后阶段用去41s占全部干燥时间的38 %。由此可见 ,各阶段干燥速度变化直接影响干燥时间。含水率界限的划分依单板初含水率、厚度、热压温度的不同而变化。初含水率较低的单板(65 %以下)基本没有加热期和快速干燥期 ,直接进入减速干燥阶段。
  3温度对干燥速度的影响
  温度是接触式干燥的主要影响因素。从热能利用和与常规干燥对比方便的角度出发 ,选择140℃、160℃和180℃3个温度进行研究 ,用3种温度作出了类似图1的指数回归曲线及回归方程。热压干燥时采用的温度越高 ,含水率下降速度越快。从不同初含水率干燥到7 %~8 %的终含水率 ,平均干燥速度见表1。
  从表1可以看出 ,160℃与140℃之间干燥速度的差与160℃和180℃之间的差相比 ,前者约是后者的2倍。也就是说 ,温度从140℃上升到160℃ ,干燥速度提高的幅度大 ,再继续上升到180℃则干燥速度提高得小。温度升高 ,干燥速度加快 ,干燥时间缩短。分析干燥时间可以更直观地看温度的显著影响。以初含水率为105 %~135 %的单板为例 ,当干燥温度从140℃提高到160℃时 ,所需干燥时间从147~178s降到100~124s缩短50s左右 ;温度从160℃再上升到180℃ ,干燥时间从100~124s降到75~91s ,只缩短了25s左右。温度同样提高20℃ ,节省的时间却相差一半。在回归分析图中的表现是 ,3条曲线中160℃和180℃的较为靠近。
  4初含水率对干燥速度的影响
  试验中发现 ,随着初含水率的提高 ,单板排放蒸汽的开始时间后延 ,也就是说加热期延长。干燥速度随初含水率变化的情况见表2以上时 ,处于快速干燥阶段 ,主要干燥自由水。初含水率越高 ,曲线陡峭段占的比例越大 ,即快速干燥的阶段比较长。所以 ,平均干燥速度也有所提高。从不同初含水率干燥到纤维饱和点 ,初含水率高的单板尽管干燥速度提高了 ,但需要蒸发的水量也大 ,所需时间也越长。那么从纤维饱和点干到相同终含水率是否使用相同的时间呢?试验证明达到纤维饱和点以后单板的干燥速度仍与初含水率有关。见图2和表2。
  初含水率高的单板干到纤维饱和点 ,处于湿热状态的时间长 ,单板压缩率增大 ,木材密度加大 ,空隙度减小 ,水分传导阻力大 ,妨碍水分排出 ,含水率下降缓慢。所以 ,初含水率越高的单板在纤维饱和点之下干燥速度越慢 ,所用时间越长。
  5试验总结试验证明 ,单板干燥速度是不断变化的 ,随含水率下降而减小。在快速干燥阶段和慢速干燥阶段变化不大 ,而在中间的减速阶段则有较大变化。温度对干燥速度具有显著影响 ,温度升高 ,加热期缩短 ,干燥速度加快 ,干燥时间减少。温度从140℃上升到160℃效果突出 ;再上升到180℃ ,则效果不如前者。从提高生产率和节省能源方面考虑 ,干燥温度以160℃比较合适。初含水率对单板的干燥速度也有影响 ,初含水率越高的单板 ,在纤维饱和点以前干燥速度越大 ,在纤维饱和点之后干燥速度越小。但总的干燥时间仍随初含水率的提高而延长。初含水率不同的单板干到相同含水率点时的干燥速度不一样 ,回归曲线即使平行移动也不能重合。
  因此 ,在生产中不能简单地截取高含水率单板干燥曲线来推算低含水率单板的干燥时间。通过单因素分析 ,基本掌握了干燥速度的变化规律 ,为柔性垫网接触式干燥机的设计和生产操作提供工艺参数 ,也为进一步研究热板开启奠定了基础。 


 
 

来源:中国林业网
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