第四章 干燥(11木結(jié)構(gòu))

1、 本章本章主要介紹單板、刨花和纖維等基本單 元的干燥機(jī)理、干燥工藝、干燥設(shè)備及其 干燥過程控制。 基本單元的含水率與生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品性能的關(guān)系 十分密切 ，因而干燥工序必不可少，并應(yīng)嚴(yán)格控 制。 4.1.1 干燥過程干燥過程 4.1.1.1 水分的移動(dòng) 1、水分在木材中的存在形式 自由水 存在于細(xì)胞腔內(nèi)； 吸著水 存在于細(xì)胞壁內(nèi)； 化合水 與木材分子化學(xué)結(jié)合。 2、水分在木材中的移動(dòng)通道 縱向通道 細(xì)胞腔 平行纖維方向 橫通道向 細(xì)胞壁的紋孔 垂直纖維方向 3、木質(zhì)原料單元的干燥過程 1) 傳熱過程 在溫度的作用下，熱量首先傳遞給物料表面，并逐漸 向內(nèi)部傳遞。 2) 傳質(zhì)過程 物料表面水分汽化；

2、 物料內(nèi)部水分向表面移動(dòng)。 1 1、預(yù)熱階段、預(yù)熱階段 預(yù)熱階段通過干燥介質(zhì)與干燥預(yù)熱階段通過干燥介質(zhì)與干燥 單元直接接觸單元直接接觸,使物料溫度快速使物料溫度快速 上升上升,此階段一般不蒸發(fā)水分。此階段一般不蒸發(fā)水分。 2 2、恒速干燥階段、恒速干燥階段 恒速干燥階段以蒸發(fā)自由水為恒速干燥階段以蒸發(fā)自由水為 主，且蒸發(fā)速率不變。主，且蒸發(fā)速率不變。 3 3、減速干燥階段、減速干燥階段 可分為兩段：第一段蒸發(fā)剩下可分為兩段：第一段蒸發(fā)剩下 的自由水和大部分吸著水，第的自由水和大部分吸著水，第 二段蒸發(fā)剩余的吸著水。其特二段蒸發(fā)剩余的吸著水。其特 點(diǎn)是：水分移動(dòng)和蒸發(fā)的阻力點(diǎn)是：水分移動(dòng)和蒸發(fā)的

3、阻力 逐步加大，干燥速率逐步降低，逐步加大，干燥速率逐步降低， 供給的熱量除蒸發(fā)水分外，還供給的熱量除蒸發(fā)水分外，還 使干燥單元溫度上升。使干燥單元溫度上升。 溫度曲線曲 線 干燥曲線C 曲線 AB段 預(yù)熱階 段 升溫 BC段 恒速干 燥 自由水蒸發(fā) 物料表面溫度基 本不變 CD段 減速 干燥 部分自由 水和吸著水蒸發(fā) 適宜的含水率是保 證膠合強(qiáng)度的基本 要求。 對(duì)酚醛樹脂和脲醛 樹脂膠粘劑，單板 含水率812； 對(duì)于血膠和蛋白質(zhì) 膠，單板含水率8 15。 4.2.1.1 按傳熱方式按傳熱方式 空氣對(duì)流式 接觸式 聯(lián)合式 4.2.1.2 按單板傳送方式按單板傳送方式 縱向進(jìn)板 進(jìn)板方向與單板纖

4、維方向一致；（先剪后干） 橫向進(jìn)板 進(jìn)板方向與單板纖維方向垂直；（先干后剪） 網(wǎng)帶式 上網(wǎng)帶用于支承和傳送，下網(wǎng)帶用于壓緊。厚0.5mm以上的 單板都可以傳送。 輥筒式 采用上下成對(duì)的輥筒組，依靠轉(zhuǎn)動(dòng)和摩擦力帶動(dòng)單板前進(jìn)。 適合于傳送厚度1mm以上的單板，干燥后的單板平整度優(yōu)于網(wǎng)帶式。 4.2.1.3 按熱空氣循環(huán)方式按熱空氣循環(huán)方式 縱向通風(fēng)干燥機(jī) 熱空氣沿干燥機(jī)長度方向循環(huán)。已不常用。 橫向通風(fēng)干燥機(jī) 熱空氣沿干燥機(jī)寬度方向循環(huán)。干燥速度 高，效果好，目前廣泛使用。 噴氣式網(wǎng)帶干燥機(jī)是一種連續(xù)的單板干燥設(shè)備。噴氣式網(wǎng)帶干燥機(jī)是一種連續(xù)的單板干燥設(shè)備。 由干燥段和冷卻段組成。干燥段通過熱空氣

5、循環(huán)，由干燥段和冷卻段組成。干燥段通過熱空氣循環(huán)， 加熱單板，加速單板內(nèi)水分排出，可由若干分室加熱單板，加速單板內(nèi)水分排出，可由若干分室 組成（每室長約組成（每室長約2m），干燥段越長，單板傳送速），干燥段越長，單板傳送速 度越快，干燥能力越強(qiáng)；冷卻段通入冷風(fēng)冷卻，度越快，干燥能力越強(qiáng)；冷卻段通入冷風(fēng)冷卻， 可以消除單板的內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)利用單板內(nèi)的溫度可以消除單板的內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)利用單板內(nèi)的溫度 梯度蒸發(fā)一部分水分，冷卻段一般由梯度蒸發(fā)一部分水分，冷卻段一般由12個(gè)分室個(gè)分室 組成。組成。 噴氣式網(wǎng)帶干燥機(jī)利用高溫高速熱氣流從單板帶噴氣式網(wǎng)帶干燥機(jī)利用高溫高速熱氣流從單板帶 的兩面垂直噴射在板面上

6、，沖破單板表面的臨界的兩面垂直噴射在板面上，沖破單板表面的臨界 層，使單板干燥速度大大加快，為單板連續(xù)干燥層，使單板干燥速度大大加快，為單板連續(xù)干燥 創(chuàng)造了必要的條件。創(chuàng)造了必要的條件。 4.2.2.2噴氣輥筒式干燥機(jī)噴氣輥筒式干燥機(jī) 采用上下成對(duì)的輥筒組，適合干燥厚度為采用上下成對(duì)的輥筒組，適合干燥厚度為1毫米以上毫米以上 的單板。的單板。 特點(diǎn)特點(diǎn)：干燥后的單板平整度優(yōu)于網(wǎng)帶干燥。但耗用干燥后的單板平整度優(yōu)于網(wǎng)帶干燥。但耗用 鋼材多，鋼材多， 只能縱向進(jìn)板。只能縱向進(jìn)板。 輥筒的作用：傳送和壓榨單板，并對(duì)單板傳熱。輥筒的作用：傳送和壓榨單板，并對(duì)單板傳熱。 注意：注意： 輥筒干燥單板過程中

7、，在高溫區(qū)域內(nèi)，其傳熱方式輥筒干燥單板過程中，在高溫區(qū)域內(nèi)，其傳熱方式 從對(duì)流式轉(zhuǎn)向接觸式傳熱。從對(duì)流式轉(zhuǎn)向接觸式傳熱。 單板干燥質(zhì) 量主要從干 縮、變形、 含水率及其 分布等方面 進(jìn)行評(píng)價(jià)。 4.2.3.1 單單 板干縮板干縮 特點(diǎn)：先由 寬度方向局 部干縮，再 從厚度方向 干縮。 1、變形原因 木材的結(jié)構(gòu)因素；干燥過程中，單板邊緣部分水分比 中間部分蒸發(fā)快，邊緣部分的干縮受到限制，導(dǎo)致邊 部生產(chǎn)波浪形甚至開裂。 2、減少變形的措施 逐張干燥時(shí)，邊部重疊12cm，減小邊部水分蒸發(fā)速 度；帶狀干燥時(shí)，兩邊6mm寬度上噴水，增加邊部含 水率；連續(xù)干燥時(shí)，單板兩段貼加強(qiáng)膠帶，提高橫紋 強(qiáng)度，防止端

8、向開裂。 4.2.3.3 單板 含水率分布 含水率偏差的原 因：心邊材初始 含水率差異，在 干燥機(jī)中的位置 不同等。 連續(xù)檢測干燥后 的單板含水率。 干燥單板堆放 24h后再使用。 4.2.4.1 干燥介質(zhì)干燥介質(zhì) 1、熱空氣溫度、熱空氣溫度 熱空氣溫度升高，含水率熱空氣溫度升高，含水率 梯度、壓力梯度、水蒸氣梯度、壓力梯度、水蒸氣 擴(kuò)散系數(shù)及水分傳導(dǎo)系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)及水分傳導(dǎo)系數(shù) 均增加，單板內(nèi)水分蒸發(fā)均增加，單板內(nèi)水分蒸發(fā) 速率增大。速率增大。 恒速干燥階段，干燥速率恒速干燥階段，干燥速率 與干球溫度或干濕球溫差與干球溫度或干濕球溫差 幾乎成直線關(guān)系；在減速幾乎成直線關(guān)系；在減速 干燥階段，干

9、球溫度對(duì)干干燥階段，干球溫度對(duì)干 燥速率的影響大于干濕球燥速率的影響大于干濕球 溫差。溫差。 2、熱空氣相、熱空氣相 對(duì)濕度對(duì)濕度 干球溫度一干球溫度一 定時(shí)，干濕定時(shí)，干濕 球溫差大，球溫差大， 則干燥速率則干燥速率 大；大； 單板含水單板含水 率高，干率高，干 濕球溫差濕球溫差 的影響程的影響程 度大，反度大，反 之則小之則小。 干球溫度干球溫度 高，相對(duì)高，相對(duì) 濕度對(duì)干濕度對(duì)干 燥時(shí)間的燥時(shí)間的 影響?。挥绊懶?； 干球溫度干球溫度 低，相對(duì)低，相對(duì) 濕度對(duì)干濕度對(duì)干 燥時(shí)間的燥時(shí)間的 影響大；影響大； 3、熱空氣、熱空氣 風(fēng)速風(fēng)速 對(duì)于對(duì)流干對(duì)于對(duì)流干 燥機(jī)，風(fēng)速燥機(jī)，風(fēng)速 12m/s

10、， 風(fēng)速超過風(fēng)速超過 2m/s，對(duì)干，對(duì)干 燥速率影響燥速率影響 已經(jīng)很小。已經(jīng)很小。 如果再提高如果再提高 風(fēng)速，動(dòng)力風(fēng)速，動(dòng)力 消耗則大大消耗則大大 增加。增加。 對(duì)于噴氣式干對(duì)于噴氣式干 燥機(jī)，風(fēng)速達(dá)燥機(jī)，風(fēng)速達(dá) 到到1520m/s， 才能有效破壞才能有效破壞 單板表面的臨單板表面的臨 界層，達(dá)到提界層，達(dá)到提 高水分蒸發(fā)速高水分蒸發(fā)速 率的效果。率的效果。 4、熱空氣噴射方、熱空氣噴射方 式式 高速氣流垂直噴高速氣流垂直噴 射于單板表面，射于單板表面， 提高熱傳導(dǎo)效率，提高熱傳導(dǎo)效率， 加速內(nèi)部水分?jǐn)U加速內(nèi)部水分?jǐn)U 散，縮短干燥時(shí)散，縮短干燥時(shí) 間間 1、樹種與初始含水、樹種與初始含水

11、 率率 一般情況下，密度大一般情況下，密度大 的樹種，細(xì)胞壁較厚，的樹種，細(xì)胞壁較厚， 細(xì)胞腔較小，在低含細(xì)胞腔較小，在低含 水率范圍，水分傳導(dǎo)水率范圍，水分傳導(dǎo) 阻力大，干燥速率降阻力大，干燥速率降 低。低。 同一樹種、同一厚度同一樹種、同一厚度 的單板，初始含水率的單板，初始含水率 高，干燥時(shí)間延長。高，干燥時(shí)間延長。 2、單板厚度、單板厚度 厚度越大，水分傳厚度越大，水分傳 導(dǎo)和水蒸氣擴(kuò)散的導(dǎo)和水蒸氣擴(kuò)散的 路程及阻力增大，路程及阻力增大， 干燥速率下降，干干燥速率下降，干 燥時(shí)間延長。燥時(shí)間延長。 單板厚度與干燥時(shí)單板厚度與干燥時(shí) 間的關(guān)系：間的關(guān)系： t=t0(d/d0)n n為系數(shù)

12、，一般取為系數(shù)，一般取 1.3。 4.4.1 刨花干燥目的與刨花干燥目的與 要求要求 4.4.1.1 干燥目的干燥目的 使刨花的含水率均勻一致使刨花的含水率均勻一致;使使 刨花的含水率達(dá)到規(guī)定的要刨花的含水率達(dá)到規(guī)定的要 求。求。 4.4.1.2 刨花干燥的基本要求刨花干燥的基本要求 1、達(dá)到均勻一致的終含水率：、達(dá)到均勻一致的終含水率： 表層表層36，芯層，芯層24 ； 2、盡量避免刨花破碎；、盡量避免刨花破碎； 3、有可靠的防火防爆措施。、有可靠的防火防爆措施。 原料種類原料種類絕對(duì)初含水率絕對(duì)初含水率 水運(yùn)材水運(yùn)材120 生材生材6070 陸地貯存陸地貯存12 月的木材月的木材 4060

13、 膠合板廠加工膠合板廠加工 剩余物（濕）剩余物（濕） 6575 膠合板廠加工膠合板廠加工 剩余物（干）剩余物（干） 812 家具廠邊條廢家具廠邊條廢 料（干）料（干） 1220 工廠（機(jī)床）工廠（機(jī)床） 刨花刨花 1220 4.4.1.3 含水率偏差的影響含水率偏差的影響 1、含水率過低、含水率過低 1）運(yùn)輸與伴膠時(shí)，增加刨花的破碎率；）運(yùn)輸與伴膠時(shí)，增加刨花的破碎率； 2）刨花過量吸膠造成表面缺膠，使刨花）刨花過量吸膠造成表面缺膠，使刨花 板強(qiáng)度下降；板強(qiáng)度下降； 3）塑性差，難壓縮，需增大加壓壓力；）塑性差，難壓縮，需增大加壓壓力； 4）板坯熱傳導(dǎo)速率降低。）板坯熱傳導(dǎo)速率降低。 2、含水

14、率過高含水率過高 1）需延長熱壓時(shí)間；）需延長熱壓時(shí)間； 2）熱壓時(shí)容易發(fā)生分層和鼓泡現(xiàn)象。）熱壓時(shí)容易發(fā)生分層和鼓泡現(xiàn)象。 4.4.2.1 刨花干燥方式 1、間接接觸傳熱和機(jī)械傳動(dòng)干燥 如：轉(zhuǎn)子式干燥機(jī)，滾筒干燥機(jī)等； 2、直接接觸傳熱和氣流傳動(dòng)干燥 如：單通道氣流干燥機(jī)，三通道圓筒式氣流干燥 機(jī)等； 3、直接接觸傳熱和機(jī)械傳動(dòng)干燥 如：多層帶式干燥機(jī)，爐氣加熱圓筒干燥機(jī)等。 組成組成:燃燒室、三層燃燒室、三層 同軸干燥筒和排氣同軸干燥筒和排氣 系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)等組成。 干燥參數(shù)：進(jìn)口溫干燥參數(shù)：進(jìn)口溫 度度500550，出，出 口溫度口溫度125；內(nèi)層；內(nèi)層 圓筒的刨花前進(jìn)速圓筒的刨花前進(jìn)

15、速 度度20m/s，中間通中間通 道道67m/s，外層外層 通道通道45m/s。 內(nèi)層刨花由氣流傳內(nèi)層刨花由氣流傳 送，在懸浮狀態(tài)下送，在懸浮狀態(tài)下 干燥；進(jìn)入中間和干燥；進(jìn)入中間和 外層通道，從氣流外層通道，從氣流 中落下的濕重刨花中落下的濕重刨花 被轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒內(nèi)的葉被轉(zhuǎn)動(dòng)圓筒內(nèi)的葉 片帶起重返氣流中，片帶起重返氣流中， 干燥快的碎小刨花干燥快的碎小刨花 隨氣流排出，保證隨氣流排出，保證 了干燥刨花的含水了干燥刨花的含水 率均勻。率均勻。 4.4.3.1 樹種和樹種和 初始含水率初始含水率 針葉樹材的刨針葉樹材的刨 花干燥速度快花干燥速度快, 干燥時(shí)間短干燥時(shí)間短(圖圖)。 初始含水率高初始含

16、水率高 的原料，干燥的原料，干燥 時(shí)間長。時(shí)間長。 4.4.3.2 刨花刨花 尺寸尺寸 刨花厚度越大，刨花厚度越大， 干燥時(shí)間越長。干燥時(shí)間越長。 大尺寸刨花比大尺寸刨花比 小尺寸刨花需小尺寸刨花需 要更多的干燥要更多的干燥 時(shí)間，如有條時(shí)間，如有條 件，大小刨花件，大小刨花 應(yīng)分開干燥。應(yīng)分開干燥。 4.4.3.3 干燥干燥 介質(zhì)狀態(tài)介質(zhì)狀態(tài) 介質(zhì)溫度：介質(zhì)溫度： 根據(jù)刨花初根據(jù)刨花初 始含水率確始含水率確 定最高干燥定最高干燥 溫度；溫度； 濕度：相對(duì)濕度：相對(duì) 濕度越低，濕度越低， 干燥速度越干燥速度越 快。快。 4.4.3.4 環(huán)境條件 環(huán)境的溫度和濕度影響，氣溫較高、濕 度較低時(shí)，可

17、適當(dāng)降低干燥溫度或縮短 干燥時(shí)間。 4.5.1 纖維干燥目的纖維干燥目的 對(duì)于中密度纖維板生產(chǎn)，熱壓前板坯含水 率要求在8%12%，而熱磨纖維的含水率 為40%50%，施膠后達(dá)到50%60%，故 必須進(jìn)行纖維干燥。 4.5.2 干燥方式干燥方式 最早使用滾筒干燥機(jī),隨后出現(xiàn)了噴氣干 燥機(jī),目前廣泛采用的是一級(jí)或二級(jí)管道 氣流干燥系統(tǒng)（閃擊式管道干燥機(jī)）。 先施膠再干燥，先干燥再施膠 。 先干燥再施膠先干燥再施膠 施膠均勻性較 差，纖維易結(jié) 團(tuán)，會(huì)導(dǎo)致板 坯鋪裝不均， 影響產(chǎn)品密度 與厚度穩(wěn)定性， 以及產(chǎn)生板面 膠斑、膠塊等 缺陷 先施膠再干燥先施膠再干燥 優(yōu)點(diǎn)：施膠均 勻，干燥工藝 易控制，減

18、少 著火的幾率， 不需伴膠機(jī)， 簡化工藝流程。 缺點(diǎn)：少量膠 粘劑提前固化， 略增加施膠量。 現(xiàn)代干燥系統(tǒng) 的組成：燃燒 爐、空氣預(yù)熱 器、干燥管道、 風(fēng)送系統(tǒng)、旋 風(fēng)分離器、檢 測控制裝置與 防火設(shè)施等。 主干燥管道通 常為70100m 長、直徑約1 1.5m。 4.5.3 一級(jí)干燥系統(tǒng)一級(jí)干燥系統(tǒng) 纖維一次干燥達(dá)到最終含水率要求。纖維一次干燥達(dá)到最終含水率要求。 纖維干燥介質(zhì)溫度纖維干燥介質(zhì)溫度130170，出口溫度，出口溫度65 68。纖維在管道內(nèi)的時(shí)間。纖維在管道內(nèi)的時(shí)間57s。 干燥過程：一級(jí)干燥系統(tǒng)分為前后兩段，前段稱為干燥過程：一級(jí)干燥系統(tǒng)分為前后兩段，前段稱為 加速段，管徑略小，熱介質(zhì)流速高，濕纖維與熱介加速段，管徑略小，熱介質(zhì)流速高，濕纖維與熱介 質(zhì)有較大的速度差，因而纖維水分可以快速汽化，質(zhì)有較大的速度差，因而纖維水分可以快速汽化， 含水率急劇下降。后段稱為干燥段，管徑略有加大，含水率急劇下降。后段稱為干燥段，管徑略有加大， 熱介質(zhì)流速減小，纖維干燥主要依靠纖維與熱介質(zhì)熱介質(zhì)流速減小，纖維干燥主要依靠纖維與熱介質(zhì) 之間的溫度差來完成。之間的溫度差來完成。 特點(diǎn)：干燥時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，設(shè)備投資少，熱特點(diǎn)：干燥時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，設(shè)備投資少，熱 損傷小，