WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

Мустафин Зуфар Рафисович

« ВАКУУМНО-КОНДУКТИВНАЯ СУШКА ПИЛОМАТЕРИАЛОВ С ПЕРИОДИЧЕСКИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ»

05.17.08

технические науки

Д 212.063.05

Ивановский государственный химико-технологический университет

153000, Иваново, пр-т. Ф. Энгельса, 7, ИГХТУ

Тел: (4932) 32-54-33

Email: dissovet@isuct.ru

Предполагаемая дата защиты диссертации – 16 июня 2008 года

На правах рукописи

Мустафин Зуфар Рафисович

ВАКУУМНО-КОНДУКТИВНАЯ СУШКА ПИЛОМАТЕРИАЛОВ

С ПЕРИОДИЧЕСКИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иваново 2008

Работа выполнена в Казанском государственном технологическом универси­тете на кафедре переработки древесных материалов.

Научный руководитель

доктор техни­ческих наук

Р.Р. Сафин

Официальные оппоненты

доктор техни­ческих наук,

профессор С.П. Рудобашта

доктор техни­ческих наук,

профессор Л.Н. Овчинников

Ведущая организация

Волжско-Камский научно-исследователь­ский институт лесной промышленности (ВКНИИЛП)

Защита состоится «16» июня 2008 г. в 14.00 час. на заседании совета по защите кандидатских и докторских диссертаций Д 212.063.05 в Ивановском государственном химико-технологическом универ­ситете по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф.Энгельса, 7, ауд. Г-205.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного химико-технологического универ­ситета.

Автореферат разослан «15» мая 2008 г.

Ученый секретарь

совета Д 212.063.05 Г.А. Зуева

Общая характеристика работы

В настоящее время на предприятиях деревообрабатывающей промышленности одним из основных технологических процессов, оказывающих влияние на качество, себестоимость продукции и продолжительность производственного цикла является сушка древесины, специфические свойства которой (чувствительность к высоким температурам и развитие существенных сушильных напряжений, приводящих к растрескиванию материала) накладывают ограничения по применению высокоинтенсивных способов.

Актуальность темы. Наиболее перспективными в области сушки древесины являются вакуумные методы, поскольку позволяют значительно сократить продолжительность по сравнению с традиционными способами, а значит, и снизить себестоимость процесса. Кроме того, возможность ведения сушки при более низких температурах позволяет исключить потемнение древесины и снижение её механических характеристик.

Однако при сушке в вакууме возникает проблема теплоподвода. Применяемые при этом в других областях промышленности известные методы не всегда позволяют получить требуемое качество, что особенно важно для пиломатериалов из древесины ценных трудносохнущих лиственных пород, или значительно удорожают стоимость сушильного процесса. При этом наиболее эффективным и простым способом подвода тепловой энергии в вакууме является контактный метод. Однако используемая в настоящее время техника и технология вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов приводит к неравномерному и несимметричному распределе­нию влагосодержания по толщине пиломатериала: в контактном слое у греющей поверхности влагосодержание на протяжении всего процесса минимально, в центральных слоях – максимально. У открытой поверхности влагосодержание ниже, чем в центральных слоях, но выше, чем в контактном слое. Такое распределение влагосодержания в процессе сушки ценных твердолиственных пород древесины зачастую приводит к развитию высоких внутренних напряжений и возникновению трещин. Кроме того, до сих пор отсутствуют технологические регламенты вакуумно-кондуктивной сушки применительно к различным породам древесины. В связи с этим следует считать актуальной задачу исследования вакуумной сушки пиломатериалов при кондуктивном подводе тепла.

Работа выполнялась в соответствии с координационным планом НИР АН РФ по направлению «Теоретические основы химической технологии»; координационным планом НИР ВУЗов по процессам и аппаратам химических производств и кибернетике химико-технологических процессов.

Цель работы состоит в разработке методов расчета и создании наиболее рациональных режимов вакуумно-кондуктивной сушки, позволяющих снизить развитие внутренних напряжений в высушиваемой древесине.

В связи с этим в настоящей работе были поставлены следующие задачи:

  • анализ процессов, протекающих в древесине, при вакуумно-кондуктивной сушке пиломатериалов;
  • разработка математической модели процессов вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов;
  • разработка расчетных методов определения параметров парогазовой фазы на стадии понижения давления среды;
  • разработка алгоритма расчета и моделирование процессов с целью выявления рациональных режимов вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов с периодическим подводом тепловой энергии;
  • разработка экспериментальных установок для физического модели­рования рассматриваемых процессов, а также для исследования свойств древесины;
  • разработка аппаратурного оформления вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов с периодическим подводом тепловой энергии;
  • промышленная реализация результатов теоретических и эксперимен­тальных исследований и конструкторских разработок.

Научная новизна. Впервые предложен и исследован метод вакуумно-кондуктивной сушки древесины путем периодического подвода тепла.

Разработана математическая модель процесса вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов с периодическим подводом тепловой энергии, позволяющая проследить за влиянием изменения поля влажности на развитие внутренних напряжений.

Разработана методика управления процессами вакуумной сушки путем определения необходимой объемной производительности системы удаления пара при известной интенсивности испарения влаги из материала.

По результатам математического моделирования и экспериментальных исследований установлена целесообразность регулирования давления в аппарате в зависимости от температуры материала при снижении влагосодержания ниже предела гигроскопичности.

Выявлены области рационального использования предложенного метода сушки.

Разработаны новые конструктивные рекомендации, направленные на улучшение качества высушиваемого пиломатериала (положительное решение на выдачу патента РФ по заявке № 2007100542/20).

Практическая ценность. Проведенные исследования позволили:

  • выявить кинетические закономерности процессов вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов с периодическим подводом тепла;
  • разработать рекомендации по вакуумно-кондуктивной сушки пило-материалов с периодическим подводом тепла;
  • усовершенствовать существующие технологии без существенных конструкторских доработок в направлении улучшения качества сушки пиломатериалов.

Результаты проведенных в работе исследований реализованы при создании методики управления процессами вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов с периодическим подводом тепла, направленного на улучшение качества сушки древесины.

Разработанный технологический регламент и пилотная установка вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов внедрены на деревообрабатывающем предприятии «Рамус».

Разработанные экспериментальные установки, методики исследований и программные продукты внедрены в учебный процесс в рамках курсов «Гидротермическая обработка и консервирование древесины» и «Методы математического моделирования процессов в деревообработке».

Автор защищает решение задачи, состоящей в разработке методов расчета процессов вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов с периодическим подводом тепла, и в использовании полученных результатов для создания высокоинтенсивных, ресурсосберегаю­щих технологий сушки, направленных на улучшение качества высушиваемой древесины, а именно:

  • математическую модель вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов с периодическим подводом тепла;
  • результаты математического моделирования и экспериментального исследования процессов вакуумно-кондуктивной сушки древесины;
  • конструктивные особенности установки для вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов в штабелях и результаты её внедрения.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на на Международных конференциях «Математические методы в технике и технологиях – 20, – 21» (Ярославль); на Всероссийских конференциях «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Брянск, 2007); «Проблемы использования и воспроизводства лесных ресурсов» (Казань, 2006); «Вакуумная техника и технология» (Казань, 2007); на научных сессиях по технологическим процессам Казанского государственного технологического университета (Казань, 2006-07).

Личное участие автора состоит в выборе темы и разработке основных идей диссертации, а также в постановке и решении задач теоретического, экспериментального и прикладного характера. При непосредственном участии автора изготовлены лабораторные установки; выполнены эксперименты и проведены промышленные испытания. Автору принадлежат основные идеи опубликованных в соавторстве печатных работ.

Публикации. По результатам выполненных исследований автором опубликовано 14 печатных работ, в том числе 2 статьи в ведущих рецензируемых журналах и 2 положительных решения на выдачу патентов РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание диссертации составляет 139 страниц машинописного текста, в котором содержаться 39 рисунков и 4 таблицы.

На всех этапах работы в качестве консультанта активное участие принимал д.т.н., профессор Сафин Р.Г.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определена цель исследований, отмечена научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе дан анализ современного состояния процесса удаления влаги из пиломатериалов вакуумными способами, исследованы процессы тепломассопереноса в условиях вакуумных аппаратов и по литературным данным проведен анализ древесины как объекта сушки. Установлено, что наиболее простым и экономически эффективным в области вакуумных методов сушки пиломатериалов является вакуумно-кондуктивный способ. Вместе с тем, анализ литературных данных позволяет сделать вывод о том, что древесина достаточно хорошо изучена как объект сушки.

Однако в современных сушильных устройствах при контактном методе распределе­ние влагосодержания по толщине пиломатериала неравномерно и несимметрично: в контактном слое у греющей поверхности влагосодержание на протяжении всего процесса минимально, в центральных слоях – максимально. У открытой поверхности влагосодержание ниже, чем в центральных слоях, но выше, чем в контактном слое. Такое распределение влагосодержания в процессе сушки древесины может привести к нежелательным последствиям (развитие объемно-напряженного состояния). Температура в направлении от контактного слоя к открытой поверхности непрерывно убывает. Перемещение влаги к поверхности материала обусловлено градиентами температуры и давления; градиент влагосодержания оказывает тормозящее действие. Поэтому сушка ценных твердолиственных пород древесины в данных типах суши­лок в настоящее время является затруднительной задачей. В тоже время литературный анализ показал, что на рынке сушильной техники в последние годы всё большее распространение находит вакуумно-конвективная технология сушки, при которой сушильный процесс складывается из последовательно чередующихся стадий нагрева и вакуумирования, что позволяет высушивать трудносохнущие пиломатериалы без ущерба качеству.

Вследствие чего была поставлена задача разработать физическую и математическую модель процесса сушки древесины вакуумно-кондуктивным способом с периодическим подводом тепловой энергии к материалу с целью устранения неравномерности и несимметричности распределе­ния влагосодержания по толщине пиломатериала в процессе сушки.

Во второй главе приводятся физическая картина и результаты теоретических исследований предложенного способа сушки древесины.

При формировании штабеля пиломатериалы укладываются между двумя нагревательными элементами, таким образом, чтобы подвод тепловой энергии осуществлялся одновременно к обоим пластям пиломатериала, обеспечивая симметричное распределение температуры и влажности древесины. При этом в качестве нагревательных элементов используются плиты специальной конструкции, представляющие собой две перфорированные металлические пластины с установленными между ними змеевиковыми нагревателями. В качестве змеевикового нагревателя используются электронагревательные элементы, обеспечивающие минимальную инерционность процесса.

Рис 1. Схема ведения вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов

с периодическим подводом тепловой энергии.

Схема ведения исследуемого процесса представлена на рис. 1. Процесс сушки начинается с прогрева высушиваемой древесины путем включения в работу нагревательных элементов. Процесс осуществляется при атмосферном давлении среды с целью минимизации удаления влаги с поверхностных слоев материала. После прогрева пиломатериала включением вакуумного насоса и конденсатора начинается стадия вакуумирования, в процессе которой происходит интенсивное удаление влаги из древесины. Стадию вакуумирования также можно подразделить на два периода: период понижения давления и период выдержки нагретого материала при минимальном остаточном давлении.

Согласно блочному принципу построения математической модели процесса, совокупность физических явлений, составляющих исследуемый способ сушки, рассматривается решая внешнюю – тепломассоперенос в парогазовой фазе, и внутреннюю задачи – тепломассоперенос внутри материала.

Для решения задачи тепломассопереноса внутри плоского материала использованы дифференциальные уравнения Лыкова, которые применительно к одномерной симметричной пластине записаны в виде выражений

, (1)

. (2)

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»