close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10944

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.08.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
F 26B 3/02
F 26B 9/06
СИСТЕМА ДЛЯ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
(21) Номер заявки: a 20040740
(22) 2004.08.06
(43) 2006.02.28
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(72) Авторы: Гринчик Николай Николаевич; Горбачев Николай Михайлович; Куц Павел Степанович (BY)
BY 10944 C1 2008.08.30
BY (11) 10944
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(56) SU 926463, 1982.
SU 283033, 1970.
SU 1262231 A2, 1986.
BY 4104 C1, 2001.
RU 92002107 A, 1997.
(57)
1. Система для сушки пиломатериалов в штабелях, содержащая теплогенератор, холодильник и каналы для подачи сушильного агента в сушильную камеру, включающую корпус, конденсаторы в верхней своей части и трубы теплообменника, отличающаяся тем,
что содержит связанные между собой регулятор подачи воды в сушильную камеру и
управляемый клапан для периодической подачи воды в связанные между собой и расположенные в сушильной камере конденсаторы смешения, выполненные с возможностью
удаления капиллярно-связанной влаги и увлажнения воздуха, при этом патрубок выхода
влажного воздуха из холодильника связан со входом атмосферного воздуха в теплогенератор, а трубы теплообменника в нижней части камеры имеют различную длину и сопряжены с турбулизирующими решетками, разделяющими теплообменник на секции.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что холодильник выполнен в виде градирни.
Фиг. 1
BY 10944 C1 2008.08.30
Изобретение относится к сушильной технике, а именно к сушке пиломатериалов, может быть использовано в деревообрабатывающей, пищевой, химической, строительной
промышленности при сушке материалов в неподвижном слое.
Известен способ сушки пиломатериалов в штабелях, помещенных в сушильную камеру, путем вынужденной конвекции теплоносителя в полость камеры с использованием тепловентиляционного оборудования и конденсатора [1].
Недостатком известного способа и устройства для сушки пиломатериалов является
значительный перепад температуры и влагосодержания по сечению штабеля и, как следствие, неравномерное высыхание и деформация пиломатериалов. Размещение большого
количества вентиляторов приводит к повышенному расходу электроэнергии до 0,3 кВт/м3,
а размещение вентиляторов в нижней части камеры затруднительно. В режиме увлажнения требуется использовать форсунки, но в силу наличия застойных зон процесс увлажнения воздуха также является неравномерным и неоднородным. Увеличение скоростей движения воздуха теплоносителя не приводит к существенному ускорению процесса сушки,
который ограничен медленным процессом внутреннего тепло- и массопереноса в пористой структуре.
Известен также способ сушки пиломатериалов в штабеле с инфракрасным нагревом
пола и конденсацией влаги на боковых поверхностях камеры без использования вентиляторов [2].
Недостатком данного способа сушки также является значительный перепад температуры и влагосодержания по сечению штабеля, так как радиационный поток тепла в основном поглощается тонким слоем поверхности досок в нижней части штабеля, а конденсация влаги на боковых поверхностях камеры приводит к тому, что в центре и на периферии
камеры относительная влажность воздуха различна.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ сушки пиломатериалов в штабелях и камера для его осуществления, которая содержит штабель пиломатериалов, калориферы, вентилятор, каналы для подачи сушильного агента, конденсаторы
влаги и отражающие экраны, расположенные с торцевых сторон штабелей, при этом конденсаторы расположены над штабелем [1] (прототип).
Недостатком [1] по-прежнему являются проблема перепада температуры и влагосодержания по сечению штабеля, низкое качество и неравномерность сушки пиломатериалов в силу наличия застойных зон при работе вентиляторов и взаимодействие гидродинамических потоков с отражающими экранами.
Недостатком [1] является также использование поверхностного конденсатора с циркуляцией "холода" в колосниках, т.к. этот способ не эффективен при больших количествах
древесины, особенно хвойных пород, в силу выпадения в конденсат смол и ухудшения
условий теплообмена на поверхности конденсатора [2], поэтому требуется большое количество труб. Однако, согласно [2], сушка конденсацией наиболее "щадит" древесину и
требует небольших энергетических затрат.
Задача изобретения - повышение качества сушки древесины и уменьшение энергозатрат при сушке.
Задача решается следующим образом. Известная система для сушки пиломатериалов в
штабелях содержит теплогенератор, холодильник и каналы для подачи сушильного агента
в сушильную камеру, включающую корпус, конденсаторы в верхней своей части и трубы
теплообменника. Согласно предлагаемому изобретению, система для сушки пиломатериалов дополнительно содержит связанные между собой регулятор подачи воды в сушильную камеру и управляемый клапан для периодической подачи воды в связанные между
собой и расположенные в сушильной камере конденсаторы смешения, выполненные с
возможностью удаления капиллярно-связанной влаги и увлажнения воздуха, при этом
патрубок выхода влажного воздуха из холодильника связан со входом атмосферного воз2
BY 10944 C1 2008.08.30
духа в теплогенератор, а трубы теплообменника в нижней части камеры имеют различную
длину и сопряжены с турбулизирующими решетками, разделяющими теплообменник на
секции, при этом холодильник выполнен в виде градирни.
Предлагаемый способ сушки пиломатериалов осуществляют в системе для сушки пиломатериалов, содержащей корпус, калориферы, вентилятор и каналы для подачи сушильного агента, поверхностные конденсаторы влаги в верхней части камеры, причем она
дополнительно содержит для удаления капиллярно-связанной влаги конденсатор смешения, который является одновременно и увлажнителем воздуха, холодильник, например
градирню, для охлаждения конденсата, теплогенератор, теплообменник в нижней части
сушильной камеры, содержащий трубы различной длины, при этом патрубок выхода
влажного воздуха из градирни связан со входом атмосферного воздуха в теплогенератор.
На фиг. 1 изображена предлагаемая система для сушки пиломатериалов, на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.
Система для сушки пиломатериалов содержит: корпус камеры 1, полки для стекания
воды в конденсаторе смешения 2, пленку воды падающую 3, лоток для воды конденсатора 4, управляемый клапан 5, водяной насос 6, регулятор подачи воды 7, штабель пиломатериалов 8, фальш-пол 9, теплообменники в нижней части сушильной камеры 10, турбулизирующие решетки 11, систему труб различной длины 12, холодильник, например
градирню, для охлаждения конденсата 13, сепаратор (брызгоуловитель) капель 14, теплогенератор 15, камеру смешения горячих газов теплогенератора 16, регулирующий вентиль
17, байпасную линию 18, фильтр очистки дымовых газов 19, дымосос 20, конденсатор поверхностный 21, коллектор водяной 22, заборник воздуха из атмосферы 23 - фиг. 1; корпус пола-теплообменника 1, перфорированные пластины-турбулизаторы 2, трубы для
подвода теплоносителя в разные секции пола-теплообменника 3 - фиг. 2 (сечение А-А на
фиг. 1).
Система для сушки пиломатериалов работает следующим образом.
В корпус 1 загружают штабель пиломатериала 8. Включают теплогенератор 15, горячие газы с температурой ~ 900 °С разбавляют холодным воздухом в камере смешения 16
до температуры ~ 80-90 °С. Теплоноситель поступает в пол-теплообменник 10. Для равномерного нагрева пола-теплообменника имеются пластины-турбулизаторы 11, трубы
различной длины для подвода теплоносителя в разные секции пола-теплообменника
(фиг. 2).
После необходимой очистки в фильтре 19 дымовые газы выбрасываются дымососом 20
в атмосферу.
Одновременно с работой теплогенератора включают водяной насос 6. Управляемый
клапан 5 и регулятор подачи воды 7 обеспечивают циклическую подачу воды в конденсатор смешения на полки 2, которая в виде пленок или струй 3 попадает на поверхностный
конденсатор 21 и далее в лоток 4. Теплый жидкий конденсат поступает на охлаждение в
холодильник, например градирню 13. Циклическая нестационарная подача холодной воды
в конденсатор смешения повышает эффективность охлаждения на 5-10 % за счет срыва
парового погранслоя с поверхности пленок.
Из холодильника-градирни после улавливания капель в сепараторе 14 теплая паровоздушная смесь поступает в теплогенератор 15. Теплопроводность увлажненного воздуха
выше, чем воздуха сухого, поэтому теплообмен в полу-теплообменнике будет более эффективным. Кроме того, использование теплоты конденсации положительно сказывается
при разогреве пола-теплообменника и общем цикле газификации углеводородного топлива при использовании в качестве теплогенератора газогенератора.
Конденсатор смешения эффективен для удаления капиллярно-связанной влаги в первом периоде сушки, когда не требуется малая относительная влажность в камере.
3
BY 10944 C1 2008.08.30
В конденсаторах смешения пар и охлажденная вода смешиваются путем впрыскивания воды в паровое пространство, при этом пар отдает скрытое тепло парообразования
холодной воде, нагревает ее и конденсируется. Конденсаторы смешения широко распространены в химической промышленности, т.к. они отличаются высокой производительностью, имеют простую конструкцию и легко могут быть защищены от коррозии [4]. В нашем случае конденсация происходит на поверхности пленки воды, которая стекает через
борта или отверстия горизонтальных полок. Разновидностью конденсаторов смешения
являются также струйные конденсаторы, в которых конденсация паров воды происходит
на поверхности движущихся струй [4]. В некоторых случаях целесообразно использование струйных конденсаторов.
Для лесопильного завода и торговли лесом достаточно остаточной влажности в пиломатериале 15 %. В этом случае можно ограничиться использованием в камере сушки
только конденсатора смешения с температурой воды ~ 10 °С. Для внутренней отделки
паркета остаточная влажность составляет 8-10 %, 6-8 % соответственно. В этом случае необходимо использовать поверхностный конденсатор с более низкой температурой поверхности и использованием аммиака, фреона или другого хладоагента.
Разграничение на периоды сушки пористых сред является классическим и соответствует переходу влаги из капиллярно-связанного состояния в адсорбционно-связанное [5].
Для многих материалов критическая относительная влажность воздуха соответствует
ϕ ≈ 0,7-0,75, где ϕ - относительная влажность в камере. Именно при данной величине ϕ
соответствующая равновесная влажность пористого материала является критической, когда влага переходит из капиллярно-связанного состояния в сорбционно-связанное [6]. По
изотерме десорбции определяют соответствующее равновесное влагосодержание конкретного материала. В диапазоне 0,7 ≤ ϕ ≤ 1 содержится основная часть капиллярносвязанной влаги, которая сравнительно легко удаляется. В связи с ее большим количеством требуется конденсатор смешения.
Однако для малых влагосодержаний при ϕ ≤ 0,7 количество сорбционно-связанной
влаги в древесине не превышает 10 % (согласно изотерме десорбции [5]). В этом случае
целесообразно использование обычных поверхностных конденсаторов.
В камере сушки предполагаемого изобретения отсутствуют вентиляторы. Циркуляция
паровоздушной смеси происходит вследствие естественной конвекции потоков воздуха от
теплого пола-теплообменника к холодной поверхности конденсаторов. В некоторых случаях целесообразно сочетание вынужденной и естественной конвекции, поэтому наличие
вентиляторов не исключается. Отметим, что под термином "естественная конвекция" понимаются движение и теплообмен газа в ограниченном объеме, обусловленные тепловой
гравитационной конвекцией.
Как известно, при сушке древесины необходимо периодически снижать температуру
в камере и повышать относительную влажность [4]. В этом случае регулирующий вентиль 17 включает байпасную линию 18 и происходит охлаждение нижней части камеры
сушки. Одновременно регулятор подачи воды 7 направляет конденсат не в холодильник, а
непосредственно в водяной насос 6, и теплый конденсат в виде пленок быстро повышает
относительную влажность воздуха в камере за счет испарения.
Таким образом, конденсатор смешения является одновременно увлажнителем воздуха,
специальные форсунки не требуются. Конденсатор смешения в данном варианте камеры
сушки при случайных загораниях может выполнять роль огнетушителя и значительно повышает пожаробезопасность при сушке пиломатериалов. Действительно, увеличив скорость подачи воды, можно организовать в верхней части камеры сушки распыление воды
с помощью лотков и форсунок.
Применение предлагаемой системы для сушки пиломатериалов позволяет улучшить
качество вышеуказанного материала и снизить энергозатраты.
4
BY 10944 C1 2008.08.30
Приведем пример реализации предлагаемого изобретения.
Пример.
В камеру 1 загружают 50 м3 досок толщиной 40 мм с начальным влагосодержанием
60 %. В качестве теплогенератора используют газогенератор с обратным циклом, который
работает на опилках, с объемом топки 0,9 м3 и мощностью 200 кВт. Загрузку опилок производят три раза в сутки, время загрузки 10-15 мин. Камеру с пиломатериалом вначале
разогревают со скоростью 4,5 °С/ч до 65 °С, время разогрева 10 ч, относительная влажность воздуха через 10 ч составляет 98 % в штабеле (режим запаривания).
Далее начинается собственно процесс сушки. Включают насос в конденсаторе смешения. Из накопительной емкости (на схеме не указана) холодная вода (10 °С) поступает в
конденсатор смешения через управляемый клапан 5 циклически: время включения 1-2 с,
пауза 1-2 с. Далее вода поступает в лотки 2 и при ее стекании образует пленку 3. Вблизи
свободной поверхности холодной воды с температурой 10 °С давление насыщенных паров
составляет 9 мм рт.ст., а горячей воды с температурой 65 °С давление насыщенных паров
составит 191 мм рт.ст. [8, с. 227-228], поэтому в штабеле при бесконечно большой скорости конденсации относительная влажность воздуха ϕ = РП/РН(Т) составит 4 % (при ϕ
= 80 % давление паров составит 152,8 мм рт.ст.). Вследствие разности давлений происходит конденсация, относительная влажность паров воды в штабеле снижается постепенно и
за 10 ч составит только 15-18 %. При этом температуру штабеля снижают до 63 °С, а влагосодержание W пиломатериала достигает 40 %. В дальнейшем интенсивность обезвоживания пиломатериала значительно уменьшается: за 8 ч температуру в штабеле снижают до
60 °С, а влагосодержание W пиломатериала уменьшается только на 5 % и составляет
35 %.
Стекающие пленки воды нагреваются за счет теплоты конденсации. Для охлаждения
конденсата используют градирню 13. Прокачку конденсата через градирню 13 осуществляет насос 6, который одновременно уже холодную воду подает через управляемый клапан 5 в лотки 2 конденсатора смешения.
В газогенератор 15 через заборник воздуха 23 и патрубок, соединенный с выходом
градирни, через сепаратор 14 поступает увлажненный теплый воздух. После выхода из
газогенератора теплоноситель разбавляют атмосферным воздухом до температуры 8090 °С.
Далее теплоноситель через трубы различной длины 12, турбулизирующие решетки 11
поступает в пол-теплообменник 10. Пол-теплообменник нагревают до 65 °С. Для охлаждения пола-теплообменника предусмотрена байпасная линия 18. После очистки в фильтре 19
дымосос 20 выбрасывает отработанный теплоноситель в атмосферу. Одновременно продолжается сушка пиломатериала, температуру штабеля пиломатериала увеличивают до
65 °С, относительная влажность воздуха составляет 12,5 %, за 10 ч влагосодержание штабеля уменьшается от 35 до 30 %. Далее опять влагосодержание пиломатериала уменьшается от 30 до 25 % за 14 ч при ϕ = 10 % в штабеле и t = 65 °С. При W = 25 % пиломатериал
подвергают промежуточной влагообработке. В этом случае конденсат через клапан 7 непосредственно насосом 6 подают в конденсатор смешения без его охлаждения в градирне.
Стекающие пленки теплой воды 3 за счет испарения несколько повышают относительную
влажность в штабеле пиломатериала - до 16 %.
Увлажнение пиломатериала при ϕ = 16 % производят в течение 3 ч при t = 65 °С, затем
отключают конденсатор смешения, который не обеспечивает в камере малую относительную влажность. Для поддержания в камере относительной влажности ϕ = 4-8 % на втором
этапе включают поверхностные конденсаторы с холодильником (на схеме не указан).
Для снижения влагосодержания в штабеле от 25 до 20 % в нем поддерживают ϕ = 8 %
и сушку производят в течение 16 часов при t = 65 °С. Аналогично, в течение 18 ч при
t = 65 °С и относительной влажности в камере ϕ = 6 %, влагосодержание пиломатериала
5
BY 10944 C1 2008.08.30
снижают от 20 до 15 % и в конце при t = 65 °С и ϕ = 4 % сушат пиломатериалы до влагосодержания 10 % за 22 ч.
В конце производят опять увлажнение камеры до ϕ = 16 % с помощью конденсатора
смешения и при t = 65 °С в штабеле выдерживают пиломатериал в течение 6 ч. После этого отключают конденсатор смешения, но включают поверхностный конденсатор, задают в
штабеле ϕ = 4 % и при t = 65 °С в течение 2 ч выдерживают пиломатериал.
Затем пиломатериал в штабеле должен остыть со скоростью не более 2-3 °С/ч до температуры окружающей среды. Технологический регламент сушки отражен в таблице.
Процесс сушки закончен.
Технологический регламент сушки пиломатериалов
из сосны толщиной 30-60 мм
Влажность древесины W, %
Разогрев камеры
4...5 °С/ч
Прогрев древесины
выше 40
40-35
35-30
30-25
Промежуточная влагообработка (W = 25)
25-20
20-15
15-10
Конечная обработка
Выдерживание
Температура
влажного
воздуха, °С
Градиент
сушки
Равновесная
влажность, %
Время,
ч
до 65
>18
65
63
60
65
65
65
>18
18-15
14
12,5
10
16
10
10
8
10
14
3
8
6
4
16
4
16
18
22
6
2
65
65
65
65
65
2,4
2,6
2,6
2,8
2,8
3,0
3,0
3,0
Положение
заслонок
закрыты
закрыты
закрыты
закрыты
Остывание: 2-3 °С/ч, 40-30 °С летом, 9-5 °С зимой.
Отметим, что при сушке многих материалов в слое, таких как хлопок, порох и др., вопрос пожаробезопасности является важным [7]. В настоящее время при сушке, например,
пороха для удаления воды, ацетона, эфира и спирта используют конвективную сушку, т.е.
вынужденную конвекцию, которая не является безопасной в силу наведения электрического заряда трением при движении воздуха. Поэтому на пороховых заводах периодически происходят аварии. Сооружения для сушки пороха (погреба) обваловывают землей.
Кроме того, конденсационная сушка весьма удобна для улавливания токсичных растворителей, повышается и экологическая безопасность токсичных производств, связанных с
удалением растворителей. В камере сушки вместо пиломатериалов можно размещать ветки, лапки хвойных пород деревьев, кориандр для извлечения эфирных масел в больших
объемах для парфюмерной промышленности. В этом случае, конечно, вместо градирни
необходим только холодильник. Сушка в предлагаемом изобретении означает удаление не
только воды, но и растворителей, эфиров, спиртов и других летучих компонент.
Применение предлагаемой системы для сушки пиломатериалов позволяет улучшить
качество вышеуказанного материала и снизить энергозатраты.
Предлагаемое изобретение обеспечивает высокое качество сушки пиломатериала.
6
BY 10944 C1 2008.08.30
Источники информации:
1. А.с. СССР 926463, 1982.
2. Патент России 94041706.
3. Озаркив И.М., Басалыга Е.В. Применение нетрадиционного вида энергии для сушки
древесины // НТИ. Обзорная информация по теме: Технологическое оборудование для
сушки древесины на рынке Беларуси. - Мн.: Концерн Беллесбумпром и ОАО "Минскпроектмебель", 1998. - С. 97-98.
4. Касаткин А.Т. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: ГНТИ
химической литературы, 1960. - С. 394-403.
5. Лыков А.В. Теоретические основы строительной теплофизики. - Мн.: АН БССР,
1961. - 519 с.
6. Гринчик Н.Н. Процессы переноса в пористых средах, электролитах и мембранах. Мн., 1991. - 261 с.
7. Корольченко А.Я. Пожаровзрывоопасность процессов сушки. - М.: Стройиздат,
1987. - 158 с.
8. Вукалович М.П., Рыбкин С.Л., Александров А.А. Таблицы теплофизических свойств
воды и водяного пара. - М.: Стандарты, 1969. - С. 227-228.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
7
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
177 Кб
Теги
by10944, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа