|
ВОПРОС-ОТВЕТ
Предлагаем Вашему вниманию наиболее интересные, популярные и сложные
вопросы, которые мы от Вас получаем. Постараемся ответить на них наиболее
понятно и полно.
Вопрос 1. Какая глубина вакуума достигается в
конечном итоге в камере сушки (рабочей камере)?
Ответ:
Глубина вакуума зависит от давления пара воды и
энергии связи влаги с материалом. В древесине вода в двух энергетических
состояниях: свободная с теплотой испарения 2395,2 кДж/кг и связанная с теплотой
испарения 27790,5 кДж/кг. А они в свою очередь зависят от температуры. Эта
зависимость от температуры для свободной и связанной описывается классическим
уравнением Клаперона-Клаузиса.
dlnP\dT = H\RT2,
где Р- давление пара воды;
Т- абсолютная температура в К;
Н- энтальпия воды связанной или свободной;
после дифференцирования и интегрирования получим простое уравнение в явном виде
lnPнач.\lnPкон = H\R x (1\Tкон + 1\Tнач.)
Из теории ВИСП термодинамические величины воды в процессе сушки древесины
1.Bramhall (1977) – рассчитано для конвективной сушки.
Энергия активации диффузии связанной воды, Е:
8,5 ккал/моль = 35,6 кДж/моль = 1975, кДж/кг = 0.549 кВтч.
Теплота испарения свободной воды, Нсвободн.:
10,3 ккал/моль = 43,16 кДж/моль = 2395,2 кДж/кг = 0,665 кВтч.
Теплота испарения связанной воды, средняя, Нсвязан, средн.:
12 ккал/моль = 50,28 кДж/моль = 2790,5 кДж/кг = 0,775 кВтч
Энергия удаления связанной воды, Е связан:
Е = Едиф. + Нсвязан = 0,549 + 0,775 = 1.324 кВтч.
2.Голицын (в книге 2007), выделено жирным шрифтом, рассчитано Голицыным для ВИСП.
Теплота испарения свободной воды, Нсвободн.:
10,3(10,505) ккал/моль = 43,16 (Н 298 44020) кДж/моль
= 2395,2(2442,7) кДж/кг = 0,665(0.678) кВтч.
Н 298 ---- Н 373 = Н298 х Ср х Т373 – Т298
44020 х 75.3 х (373 -298) = 5647кДж/моль
Н (373) = 44020 - 5647 = 38373 кДж/моль
Теплота испарения связанной воды, Нсвязан.:
12,00 ккал/моль = 50,28 кДж/моль = 2790,5 кДж/кг = 0,775 кВтч
Н (10%) = 9,05 ккал/моль = 37936 Дж/моль = 2105,4 кДж/кг = 0,584 кВтч
Н (8%) = 10,76 ккал/моль = 45111 Дж/моль = 2503,6 кДж/кг = 0,695 кВтч
Н (6%) = 12,74 ккал/моль = 53421 Дж/моль = 2964,8 кДж/кг = 0.823 кВтч
Н связ. средн. = 0.695 + 0.823 = 1,518/2 = 0.759 кВтч
Энергия удаления связанной воды, Е связан:
Е = Едиф. + Нсвязан = 0,549 + 0,775 = 1.324 кВтч.
Е = Е диф. + Н связан. = 0.549 + 0,759 = 1,308 кВтч.
Вывод.
Энергетические характеристики воды не зависят от технологии сушки, а зависят
только от энергии связи влаги с материалом и температуры. Глубина вакуума будет
определяться только давлением пара воды, т.е. температурой.
Эти данные есть в любом справочнике
термодинамических величин, например:
Давление пара воды связано с влажностью древесины и
температурой древесины. В камере сушки, когда она не соединена с ресивером,
давление создается только за счет пара воды из древесины и это пар будет только
насыщенный при данной температуре. На данной диаграмме одна координата – это
степень насыщения, т.е. отношение давления пара воды к давлению насыщенного пара
воды при данной температуре. Для ВИСП она равна 1.
Следовательно, для сушки хвойных пород
древесины при удалении свободной влаги (конец импульсного вакуумирования) при
температуре 80 градусов давление составит 350 мм. рт.ст.
При удалении связанной влаги при тех же температурах и влажности древесины 8-9%
вакуум составит около 120 мм.рт. ст. Снижение давления в камере сушки и в
ресивере ниже равновесного объясняется более высокой производительностью
вакуумного насоса, т.е. откачкой пара влаги по сравнению с процессом диффузии и
испарения влаги из древесины. Например, производительность ВВН-6 составляет при
350 мм. рт.ст. 5 м3/мин., а влаги испаряется 3 м3/мин. Особенно это заметно при
удалении связанной влаги за счет возрастающей роли диффузии влаги в капиллярах
древесины. Это также хорошо рассчитывается по уравнению диффузии Энштейна.
Минимальное давление в ресивере, но не в камере сушки, зависит от температуры
ресивера, которая в свою очередь зависит от количества сконденсированной влаги и
выделившейся теплоты конденсации и при 20 градусах не может быть меньше 20 мм.
рт.ст. В реальности из-за более высокой температуры в ресивере на практике она
составляет 70-80 мм.рт.ст.
Вопрос 2. За счет чего в этом вакууме
производится перенос тепла?
Ответ:
Процесс теплопередачи определяется, в основном,
простым уравнением:
Q = Cp x V x G x (Tкон – Tнач)
где, Q – количество тепла;
V – объем теплоносителя (газа или пара, он одинаковый);
G – теплоемкость теплоносителя;
T - температура теплоносителя .
Во-первых, понятие «вакуум» здесь относительно. Мы в процессе сушки имеем
давление пара воды. Прошу обратить внимание воды, а не воздуха. Эффективность
процесса теплообмена при всех других равных условиях зависит от теплоемкости
теплоносителя, его плотности. Теплоемкость пара воды даже при давлении паров
воды 350 мм. рт.ст 35 кДж\кмольК и выше теплоемкости воздуха 29 кДж\кмольК.
Плотность пара воды даже при давлении паров воды 350 мм. рт.ст и 80 градусах
составляет 0.30 кг\м3.
Надо не забывать:
- коэффициент диффузии паров воды 61,1х10(6) степени м2/с, а воздуха только
13,2х10(6)!!. Т.е ниже в 4,7 раза! Во столь раз воздух медленнее греет по
сравнению с паром;
- в процессе нагрева древесины паром воды происходит его конденсация и
выделяется 2495 кДж/кг тепла, т.е. при конденсации 1 кг пара выделяется тепла
достаточное для нагрева 8 кг влажной древесины от 0 до 100 градусов.
На сегодняшний день нет лучше теплоносителя, чем пар. Теплопередача в камерах
ВИС осуществляется только за счет пара воды.
Вопрос 3.
Что происходит с капиллярами древесины при
вакуумном импульсе такой скорости, при которой даже не вся влага вскипает?
Задача и сущность технологии ВИСП и состоит в том,
что бы не допустить вскипание всей влаги в объеме капилляра. Цель и задача
технологии и режимов ВИСП обеспечить вскипание только на поверхности стенок
капилляра в мономолекулярном слое пристеночной жидкости. Это 5-8% влажности
древесины. Следовательно, необходимо обеспечить только такой запас энергии
(перегретое состояние жидкости), что бы вскипело не более 5-8% жидкости и только
на поверхности стенок капилляра в мономолекулярном слое пристеночной жидкости.
Не смотря на сложность поставленной задачи, зная поверхностные явления в
капиллярных системах, это довольно просто реализуется именно вакуум-импульсной
технологией. Этого практически не понимает никто. Главное здесь не вакуум, его
величина, а скорость создания вакуума.
Разберем подробнее. В реальных пористых капиллярных системах давление пара
жидкости описывается уравнением Кельвина и зависит от степени кривизны
поверхности. Чем больше кривизна, тем меньше давление парообразования.
lnP= Vм g\rRT
Р- давление пара.
g- поверхностное натяжение жидкости,
r- радиус кривизны,
Vм- удельный мольный объем жидкости
Переводя на бытовой пример, вода в грязном стакане быстрее и при более низкой
температуре закипит (образуется пар) там, где кривизна больше - грязь, т.е.
выступы, впадины. Чем меньше радиус, тем больше кривизна. Такие же выступы и
впадины в капилляре древесины и являются центрами парообразования.
Следующая задача – пар должен образоваться быстро, как газы в патроне. Это
создается за счет скоростного создания вакуума во влажном предварительно
нагретом материале до температуры на 2-3 градуса ниже температуры кипения
жидкости при данном вакууме созданном за счет ресивера. Образовавшийся пар (dP
dV) выбрасывает жидкость из капилляра, как воспламенившийся порох выстреливает
пулю из ствола ружья.
mv2\2=dPdV
Другими словами скорость изменения в камере сушки
обеспечивает скорость изменения объема пара, т.е. выстрел жидкости массой m со
скоростью v в квадрате. Количество жидкости, которое перейдет в пар зависит от
степени ее перегрева при данном давлении.
Вопрос 4.
Что такое "1 м.куб. условного
пиломатериала"?
Условный материал - пиломатериал,
эквивалентный (по производительности) сосновым обрезным доскам толщиной 40 мм,
шириной 150 мм, длиной более 1 м, II категории качества, высушиваемый от
начальной влажности 60% до конечной 12%.
(Источник
http://www.tokoizh.ru/glossary/#Uslovnyi_material)
Вопрос 5.
Что будет происходить с древесиной твердых
лиственных пород при сушке таким способом?
Нет никакой принципиальной разницы
между ВИ сушкой хвойных и лиственных пород древесины. Отличие лиственных пород
от хвойных в более высокой плотности и равномерности капиллярной структуры.
Увеличивается количество промежуточных увлажнений древесины. Происходит такая же
качественная сушка.
Вопрос 6.
Какое количество
тепла и какое время требуется для нагрева 10 куб.м. древесины до температуры,
при которой выполняется первый вакуумный импульс?
При всех равных условиях, время
нагрева зависит от начальной температуры и влажности древесины, величины
установленной мощности и поверхности теплообмена калорифера, организации
аэродинамики теплового потока (величины критериев подобия Рейнольца, Нусельда,
Архимеда, Прандля, коэффициентов теплопроводности, теплопередачи).
Исходя из начальной влажности, количества древесины, установленной мощности и
поверхности нагрева легко рассчитывается время нагрева.
На практике для камеры Импульс-10 при величине установленной мощности калорифера
в камере сушки 80 кВт и 6 электродвигателей по 4 кВт для 10 м3 обрезного
пиломатериала хвойных пород древесины с толщиной прокладок 15 мм с начальной
влажностью 80%, от 15 до 95 градусов время нагрева составит 3,0-3,5 часа.
Расход энергии на первоначальный
нагрев:
- тепловой 80 х 3 = 240 кВтч или 24
кВтч/м3,
- электромеханической 6 х 4 х3 =72 кВтч или 7,2 кВтч/м3.
Всего на нагрев 10 м3 потребуется 312 кВтч или 31.2 кВт/м3.
Эти данные даны на установочную мощность по варианту конструкции отправленной в
Рязань. Сейчас заканчивается изготовление более совершенной конструкции с
величиной электромеханической энергии на первоначальный нагрев
6 х 3 х 3 = 54
кВтч или 5.4 кВтч\м3
Всего на нагрев 10 м3 потребуется
294 кВтч или 29,4 кВт/м3.
Кроме снижения энергопотребления,
главное в этой более совершенной конструкции используются электродвигатели не
3000 об\мин., а 1500 об\мин. Резко возрастает надежность работы приводов и их
срок службы.
|
