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木材利用微波干燥的可行性分析

发布时间:2017-03-12 20:12:57       点击次数:1288

微波干燥原理

    微波干燥是一种新型的干燥方式。干燥时,微波能直接作用于介质分子转换成热能,由于微波具有穿透性能使介质内外同时加热,不需要热传导,所以加热速度非常快,对含水量在30%以下的有机分子物料,干燥速度可缩短数百倍。同时不管物体任何形状,由于物体的介质内外同时加热,物料的内外温差小,加热均匀,不会产生常规加热中出现外焦内生的状况,使干燥质量大大提高。

微波木材干燥描述:

    在常规工艺下,木材干燥总是按如下方式进行,表面水分被蒸发,形成内部和表面之间的含水量梯度,依照这一梯度,内部的水分向表面扩散,然后再从表面被蒸发,返复循环,以达到木材的干燥。

    从根本上来说,微波干燥是基于在微波电磁场中性水分子相互之间剧烈地摩擦,这种分子之间的摩擦产生的热量使木材中的水分升温和蒸发,与对流加热、传导和红外辐射加热相比,微波加热的特点是具有强烈的渗透性。木材进入微波电磁场,电磁场就立即渗透进木材的深处(对薄木板说即能穿透)使木材的表层和内部同时迅速地得到加热。由于这一独有得特性,微波干燥木材就有两个作用过程。一个是常规干燥木材一样的作用过程;另一个作用过程,也是独有的优点,就是借助于微波能的渗透作用,使木材内部的水分迅速地受热汽化,形成向外扩散的强大"压势",使内部的水分快地扩散到表面上来。

实际证明:在微波干燥中,木材内部水分向外扩散的速度远大于表面水分蒸发的速度。因此那种在自然干燥和热空气干燥木材中所出的表面硬化,及其影响水分向外扩散的现象根本就不存在。由于微波干燥木材具有这样双重的驱水作用过程,又无表面硬化等缺陷,所以干燥速度快。相比之下,常规干燥需要25天以至一个月,而微波干燥只需要十几分钟到几十分钟。由于微波干燥原理的特殊,其干燥结果也是与众不同的。这就是:无论木材沿横截面的湿度是完全一致,还是具有一定梯度,微波干燥的结果都是呈现为接近木材表面的湿度大,而中心小。这在实际应用中也是有利的。1)速度快:微波干燥由于它独特的优点,故干燥速度快。经客户选用我司设备干燥木材的实际情况来看,结果表明:当微波功率为60千瓦左右,在不造成干燥缺陷的条件下,从8毫米厚的薄木板到50毫米厚方料,来料水分由35~40%烘干至20%左右,其干燥时间只需10分钟至26分钟。若增大微波功率,必须采取相应的合理工艺。否则,其干燥速度虽然随之加快,但由于木材内部温度急剧上升,水分汽化,气压剧增,超过木材纤维允许的程度,造成开裂。所以微波烘干木材,其输出功率密度的增加是有限制的。

2)效率高:我们利用"提水率"这一指标来考核干燥效率的。所谓"提水率"是被定义为1千瓦的微波功率在1小时内,使被干燥物失水的公斤数,单位为公斤/千瓦小时(kg/kwh)。提水率高,说明设备的效率高。

我们对4类树种的成材,在其规格基本相同的条件下进行考核实验。结果表明:各类树种木材的提水率都在1kg/kwh左右或略为超过。同一种木材在其厚度规格不同的情况下,其提水率也都大约等于1kg/kwh 。同一种木材沿纤维方向的长度不同,则干燥效果具有明显的差别,我们用纤维结构比较紧密的柞木进行试验比较,长度短提水率高,反之则提水率低。众所周知,被加热的木材,随着逐渐冷却过程的进行,其内的水分是要进一步蒸发的。所以适当的烘后冷却,能提高干燥效果。 

     3)质量好:木材在常规干燥过程中变的形、开裂,是由于木材失水后纤维收缩不均匀产生的。在自然干燥中,一方面由于木材表面的蒸发速度远大于内部水分的扩散度,形成了表面干内湿的状况,表层的干燥使纤维收缩,产生表里之间的应力。一方面,木材沿纤维方向的两端纤维毛细孔远大于其它部位,故纤维的收缩大大超过其余的部分,所以实际上木材两端在自然干燥中几乎没有不开裂和变形的,一般裂缝的长度在10~30公分不等,严重的一块板裂或几块碎板。同时木材推放在晒场上,经长时间风吹日晒雨淋的反复侵蚀变质,引起许多木材霉烂,这种变形、开裂、霉烂变质都严重影响了木材的质量并造成了大量的报废。 

    在微波干燥过程中,情况就完全不同了,由于微波干燥具有强烈的渗透性和选择性等优点,在干燥过程中,木板表里之间、两端和中间纤维的收缩基本上比较一致,所以开裂和变形小。经实际考察,一致认为微波干燥的木材质量较自然干燥的好。 

      应当再次提出的是:当微波功率密度过大,木材内部汽化"压势"超过木材纤维所允许的限度,也会出现木材内部炸裂的现象。这就是微波干燥木材仍需要一定作用时间的原理所在。 a)节约木材:木材是国家一类物资,节约木材不但具有经济效益,而且可以减少森林采伐,有重大的环境效益。在自然干燥中,由于变形、开裂、霉烂变质造成的木材报废相当严重,实践证明,采用微波干燥,木材的利用率至少可提高5% , 加快了木材使用的周期:由于木材自然干燥需要长达一年甚至数年的时间,为了维持生产的正常进行必须储存大量的木材以做周转,不仅占用很大的场地而且还要经常翻晒。采用微波干燥后,湿木材及时得到干燥,上述现象均可得到适当的改善。 b) 杀死木蛀虫:木蛀虫大多虫卵栖隐在木材中,变成成虫后就会破坏家具的外观和使用价值,木材在微波过程中,其内部的虫卵、幼虫也同时被杀死。据试验,在2450MHz的微波能量作用下,若木材的温度在70~80度,只需3分钟就能全部杀死虫卵和幼虫。

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